全柔性电容式触觉传感阵列与信号提取方法研究

摘要

电子仿生皮肤作为智能机器人感知外界环境信息的一种重要形式，是机器人实现与外界交互的必须媒介之一。针对现有电子仿生皮肤存在可穿戴性与可扩展性差、不易维护及柔软性低等缺点，文中基于聚酰亚胺柔性基体提出了一种可用作机器人敏感皮肤的全柔性电容式触觉传感器。以炭黑填充硅橡胶为复合弹性电介质，有机硅导电银胶为柔性极板，共同构成压敏触觉传感单元，并设计为阵列结构。分析并介绍全柔性电容式触觉传感器的结构设计、工作原理及炭黑填充型复合弹性电介质对电容式触觉传感器性能的影响。
　　依据全柔性电容式触觉传感单元的结构特点，设计了行列式和总线式两种可穿戴、便于扩展的全柔性电容式触觉传感阵列。同时，基于CC2530型低功耗微处理器和AD7147-1型电容数字转换器分别构建适合行列式与总线式电容触觉传感阵列的信息采集与处理系统。该系统作为容性触觉信息提取的一种方案，消除了各触觉敏感单元间的交叉干扰，提高了电容式触觉传感阵列的采集速率与准确性。该触觉信息提取系统主要包括下位机对电容式触觉传感阵列的采集、无线发送和基于LabVIEW开发平台的上位机对容性触觉敏感信息的实时处理与显示两部分。
　　经单模块与多模块电容式触觉感知实验结果表明，文中介绍的全柔性电容式触觉传感阵列及信号提取系统在触觉感知方面表现了良好的稳定性与灵敏度，可用作智能机器人电子仿生皮肤实现触觉感知功能。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外触觉传感器研究现状及存在的问题

1．2．1 国内外触觉传感器的研究现状

1．2．2 触觉传感器存在的问题

1．3 课题主要研究内容

1．4 论文的章节安排

第二章 全柔性电容式触觉传感器研究

2．1 碳系填充型电介质及感知机理

2．2 电容式触觉传感器结构及特性分析

2．2．1 传感器结构设计

2．2．2 敏感单元制备

2．2．3 传感器特性

2．3 可拼接式电容触觉传感阵列设计

2．3．1 行列式触觉传感阵列

2．3．2 总线式触觉传感阵列

2．4 本章小结

第三章 电容触觉信息提取方法

3．1 电容触觉信息提取系统硬件设计

3．1．1 微处理器及电容数字转换器选型

3．1．2 外设接口供电模块

3．1．3 容性输入阵列的电路设计

3．2 电容触觉信息提取系统软件设计

3．2．1 系统软件流程

3．2．2 容性输入阵列软件驱动

3．2．3 触觉信息与上位机通信程序

3．3 本章小结

第四章 全容性电容式触觉传感阵列应用研究

4．1 单模块电容式触觉感知应用研究

4．2 多模块电容式触觉感知应用研究

4．3 本章小结

第五章 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

攻读硕士学位期间发表学术论文与取得研究成果