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全柔性电容电阻复合式触压觉传感器阵列及信号处理系统研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外触压觉传感器研究现状及存在的问题

1.2.1 国内外触压觉传感器研究现状

1.2.2 目前触压觉传感器存在的问题

1.3 课题的来源及主要研究内容

第2章 全柔性电容电阻复合式触压觉传感器研究

2.1 电容式触觉传感单元研究及设计

2.1.1 电介质结构及特性

2.1.2 触觉传感单元结构设计与感知机理

2.2 电阻式压觉传感单元研究及设计

2.2.1 基体及导电填料结构与特性

2.2.2 压觉传感单元结构设计与感知机理

2.3 电容电阻复合式触压觉传感器结构设计与特性分析

2.3.1 触压觉传感器制备

2.3.2 触压觉传感器特性分析

2.4 本章小结

第3章 基于ZigBee技术的全柔性电容电阻复合式触压觉传感器信号处理系统设计

3.1 触压觉传感器信号处理系统硬件设计

3.1.1 微处理器选型及外设电路设计

3.1.2 信号采集电路设计

3.2 触压觉传感器信号处理系统软件设计

3.2.1 ZigBee技术

3.2.2 软件编译环境

3.2.3 软件总体流程

3.3 本章小结

第4章 全柔性电容电阻复合式触压觉传感器阵列应用研究

4.1 触压觉传感器阵列设计及制备

4.2 触压觉传感器阵列应用实验与研究

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 下一步的工作及展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

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摘要

机器人依靠触觉传感器和压觉传感器可以精确的感知被接触物体的信息,设计具备全柔性特点的触压觉传感器,对于智能机器人电子仿生皮肤的研究具有重要意义。本文提出了一种全柔性电容电阻复合式触压觉传感器,该传感器不仅具有较大的量程,而且在小量程范围内具有较高分辨率,从而兼具测量较大量程压觉力和较小量程触觉力的能力。该触压觉传感单元采用复合式结构,以硅橡胶为电介质的平行板式电容传感器构成上层的触觉感知单元,以碳纳米管/炭黑填充硅橡胶的压阻式传感器构成下层的压觉感知单元,分析了全柔性电容电阻复合式触压觉传感单元的感知机理与传感特性,设计并制备了复合式触压觉传感阵列。
  针对全柔性电容电阻复合式触压觉传感阵列的结构特点,设计架构合理的信号采集与处理系统,搭建以CC2530为核心处理器的电容信号与电阻信号硬件提取系统,软件系统以Z-Stack协议栈为基础构建了ZigBee网络并实现了数据的无线传输,同时通过LabVIEW平台将触压觉信息实时的图形化显示。实验结果表明,全柔性电容电阻复合式触压觉传感器阵列及其信号处理系统具有良好的稳定性与灵敏度,能够为智能机器人提供及时、准确的外界触觉和压觉信息。

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