【摘要】：皮膚是人體感知外界環(huán)境信息的重要感知器官,人類依靠皮膚產(chǎn)生的觸覺感知周圍環(huán)境中的信息。本文將含液體芯PVDF壓電纖維(LPF,Liquid Core PVDF Fiber)埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設(shè)計(jì)制備了一種人工皮膚柔性觸覺傳感器(AS,Artificial Skin Flexible Tactile Sensor),對其觸覺傳感功能進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,并取得了初步的研究成果。主要的研究內(nèi)容和研究成果如下:(1)利用自制的拉絲纖維設(shè)備,成功的制備出液體芯PVDF纖維,表征了纖維的微觀形貌和力學(xué)性能,進(jìn)行了 XRD測試,結(jié)果表明,纖維的拉伸倍數(shù)越大,其壓電性能越強(qiáng)。通過對比實(shí)驗(yàn),說明在同等實(shí)驗(yàn)條件下,液體芯PVDF壓電纖維的傳感信號是金屬芯PVDF纖維的1.75倍。(2)將含液體芯PVDF纖維埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設(shè)計(jì)制備了一種人工皮膚柔性觸覺傳感器。采用能量法和平均電荷方法,建立了這種觸覺傳感器的壓力傳感模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種觸覺傳感器能夠感知多種不同激勵(lì)方式不同頻率的信號,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明傳感信號和激勵(lì)信號基本呈線性關(guān)系;并能準(zhǔn)確的反映出沖擊、三角波、正弦波激勵(lì)的作用過程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論模型。(3)基于簡支梁振動理論模型,本文研究了觸覺傳感器的壓力傳感靈敏度。用壓電微動工作臺進(jìn)行靈敏度測試實(shí)驗(yàn)。在正弦激勵(lì)和沖擊激勵(lì)的作用下,傳感器的最小響應(yīng)幅值為300nm,最小響應(yīng)頻率為0.1Hz,共振頻率為7Hz;當(dāng)采用方波作為激勵(lì)方式時(shí),方波的沖擊特性越明顯,傳感器的輸出信號越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這種觸覺傳感器具有優(yōu)于人體手指的超高靈敏度。(4)將液體芯PVDF纖維陣列埋入到醫(yī)用硅橡膠中,設(shè)計(jì)制備出大面積的人工皮膚柔性觸覺傳感器。在正弦激勵(lì)作用下,測得傳感器在激振頻率為16Hz時(shí),對時(shí)間響應(yīng)的靈敏度最高。在沖擊激勵(lì)時(shí),激勵(lì)點(diǎn)到纖維的距離和傳感信號之間,呈近似于正態(tài)分布的關(guān)系。利用此模型,可以準(zhǔn)確判斷出沖擊激勵(lì)的幅值大小和沖擊點(diǎn)位置點(diǎn)的坐標(biāo)。通過理論分析和實(shí)驗(yàn)研究,表明這種人工皮膚柔性觸覺傳感器具有制備工藝簡單、成本低、靈敏度高等特點(diǎn)。在機(jī)器人、康復(fù)醫(yī)療及航空航天等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用和良好的發(fā)展前景。
【圖文】：

世界各國的研宄者們都在不斷地嘗試采用新型材料設(shè)計(jì)制備柔性觸覺例如邋Ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ邋ｆｌｕｏｒｉｄｅ），，英文縮寫邋ＰＶＤＦ（聚偏二氟乙q媯郟酰蕁ⅲ校模停櫻ǎ校錚歟洌椋恚幔睿寰鄱諄柩跬椋郟保矗蕁ⅲ停牛停櫻郟保擔(dān)蕁⒌嫉縵鸞海薜�。但是牙C吵隼吹娜嶁源ザ薊蚨嗷蟶俁即嬖諞恍┠巖怨タ說奈侍猓繚諶嶁源ゾ醮釁韉納杓浦票阜矯媯靖�、工覎鋮灿和灵敏蹲寭]寫锏揭螅誆牧戲矯媯荒薌婢呷崛托院蛻煺剮栽謚票腹ひ丈�，无法将传羔咓大面积地鸽A旁諢魅頌灞淼齲郟玻牽蕁Ｎ絲朔廡┪收咼侵鋁τ誆煌灤筒牧系目ⅲ溝蒙杓浦票賦隼吹娜嶁源ゾ醮釁魍本弒咐嗥し艫娜崛硇院土榛钚�、应力应变和掇\Φ募觳夤δ艿取ｅ義希玻埃保材輳固垢４笱У縉こ滔檔模攏澹睿輳幔恚椋鑠澹茫耍裕澹宓熱松杓屏艘恢摯賞淝源ゾ醮釁鰨郟玻保蕁Ｕ庵秩嶁源ゾ醮釁靼滄霸諞桓鋈鋁詞僥局頻幕魅四Ｌ卮釁骱屯淝釁鰨繽跡歟歟ǎ幔┧荊淝釁靼滄霸謚餑誆嗲潁桓齟グ滄霸謔終粕�。发光二极管（沙堝好撣睛区域中心）用来模拟传祫│学变形，通表示输臭櫯号，壤_跡歟歟ǎ猓５筆種饌淝�，ＬＥＤ佸“眼睛】嚵，强度藡哜关秸r黽�。壤_跡歟歟ǎ悖┧盡ｅ義

本文編號：2582085