机器人用柔性电阻-电容复合式接近觉传感阵列研究

摘要

接近觉传感器在机器人皮肤研究中具有重要的意义，机器人依靠接近觉传感器可以精确的感知周围环境信息，实现与外界环境的良好互动。针对当前仿生机器人皮肤及相关接近觉传感器研究中存在柔性差、不易集成模块化及不可穿戴等缺点，设计了一种基于稳态传热与边缘电场效应的电阻-电容复合式接近觉传感器。以石墨烯为温度敏感材料，同面电极为电容式敏感单元，共同构建了电阻-电容复合式接近觉传感器。阐述了全柔性电阻-电容复合式接近觉传感器的结构设计、工作原理。
　　依据全柔性电阻-电容复合式接近觉传感单元的结构特点，设计了可用于机器人皮肤的传感阵列。并基于STM32微处理器、LTC2495型ADC以及AD7147-1电容数字转化器设计了行列扫描式的阵列信息采集系统及处理系统。利用电阻式接近、电容式接近二者各自检测的特点，形成了电阻-电容协同检测接近信息的方式。结合理论、仿真及实验结果表明，全柔性电阻-电容复合式接近觉传感阵列有效克服单一模式下接近感知的局限，实现较大距离范围内灵敏、稳定的接近感知。同时克服了传统接近觉传感器的柔性度低、集成度低、鲁棒性差等特点，可附着于电子仿生皮肤上实现接近感知功能。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 接近觉传感器研究现状及存在的问题

1．2．1 接近觉传感器研究现状

1．2．2 存在的问题

1．3 课题研究的来源、意义及主要内容

1．4 论文的章节安排

第2章 电阻-电容复合式接近觉感知机理

2．1 石墨烯温度敏感机制

2．1．1 结构与特性

2．1．2 温度敏感机制

2．2 电阻-电容接近传感单元原理分析

2．2．1 温度场建模

2．2．2 电容式接近原理

2．3 本章小结

第3章 电阻-电容复合式接近觉传感器模型及有限元分析

3．1 电阻-电容复合式接近觉传感器设计

3．1．1 接近觉传感器模型

3．1．2 电阻式接近觉传感器制备

3．2 COMSOL Multiphysics简介及仿真过程

3．2．1 COMSOL Multiphysics简介

3．2．2 应用COMSOL Multiphysics仿真过程

3．3 电阻-电容复合式接近觉传感器仿真

3．3．1 电阻式接近觉传感器仿真

3．3．2 电容式接近觉传感器仿真

3．4 本章小结

第4章 电阻-电容复合式接近觉传感阵列实验及应用研究

4．1 传感阵列信号提取方法

4．1．1 阵列信号采集系统总体设计

4．1．2 阵列信号采集系统模块设计

4．2 接近觉传感器实验

4．2．1 石墨烯特性实验

4．2．2 响应及恢复性

4．2．3 接近测试

4．3 协同感知应用研究

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 下一步工作计划及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况