用于仿生皮膚的電容式三維力觸覺感知系統(tǒng)

許德成，郭小輝

(1.吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，吉林四平136000;2.合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，合肥230009)

用于仿生皮膚的電容式三維力觸覺感知系統(tǒng)

許德成1，郭小輝2

(1.吉林師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，吉林四平136000;2.合肥工業(yè)大學(xué)電子科學(xué)與應(yīng)用物理學(xué)院，合肥230009)

為解決可穿戴傳感器觸覺感知信息單一，不具備柔性以及可穿戴性差的問題，研究了一種兼?zhèn)浞ㄏ蛄εc切向力感知功能的電容式三維力柔性觸覺傳感器。闡述了傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、觸覺感知機(jī)理，并借助ANSYS傳感器有限元仿真軟件進(jìn)行觸覺感知機(jī)理驗(yàn)證。基于CC2530低功耗微處理器與AD7147-1型電容數(shù)字轉(zhuǎn)換器構(gòu)建便攜式電容觸覺信息感知系統(tǒng)。可分別滿足法向力0～5 N范圍檢測靈敏度為6.87 fF/N以及剪切力0～3 N時(shí)靈敏度為10.96 fF/N的觸覺感知，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間為226 ms。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該電容式三維力觸覺傳感器具備良好的工作穩(wěn)定性與靈敏度，為可穿戴式人工皮膚的研究提供了一種設(shè)計(jì)方案。

電容式傳感器;全柔性;傳感信息處理;仿生皮膚;觸覺傳感器;三維力

0 引 言

兼?zhèn)浞ㄏ蛄εc切向力共同感知功能的全柔性、可穿戴電子仿生皮膚是智能機(jī)器人感知外界環(huán)境信息的重要途徑之一［1-3］，Cirillo等［4］通過在印刷電路板上布置光電式觸覺傳感器陣列以實(shí)現(xiàn)觸覺感知功能。Philipp等［5］設(shè)計(jì)了一種具有模塊化特點(diǎn)的機(jī)器人用于電子仿生皮膚，為不同大小和形狀的人工皮膚設(shè)計(jì)提出一種可行性方案。以上關(guān)于觸覺傳感器的研究均存在不可彎曲，難以滿足電子仿生皮膚的可穿戴性要求。……