现代传感器技术基础及应用第7章第5节人工皮肤触觉.pptx
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1、1&触觉传感器的发展&触觉传感器用于机器人中模仿触觉功能的传感器。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能,研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现,已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案,但目前大都属于实验室阶段,达到产品化的不多。1第1页/共25页2&触觉传感器2第2页/共25页3&触觉传感器3第3页/共25页47.5.1 人工皮肤的结构 人工皮肤是指利用工程学和细胞生物学的原理和方法,在体外人工研制的皮肤代用品,用来修复、替代缺损的皮肤组织。人工皮肤高度近似人类皮肤,在治疗烧伤、烫伤方面具有减轻患者疼痛,愈后不留瘢痕的特效,并且对
2、治疗糖尿病足等长期难愈性溃疡具有良好疗效。4第4页/共25页57.57.5人工皮肤触觉 人工皮肤触觉是集触觉、压觉、滑觉和热觉于一体的多功能复合传感器,以PVDF为敏感材料,模仿人的皮肤,有柔顺的接触表面和滑、触、热的感知,通过各触元的输出信号获取有关的信息。5第5页/共25页67.5.1 人工皮肤的结构6第6页/共25页77.5.1 人工皮肤的结构如图 7-28,人工皮肤是一种层状结构。表皮是一层柔软的带有圆锥体小齿的橡胶包封表皮,上下两层PVDF为敏感层,上层PVDF薄膜镀整片金属电极,下层PVDF膜电极为条状金属膜,通过硅导电橡胶引线接电极板上。上下PVDF层间加有电加热层和柔性隔热层。
3、7第7页/共25页87.5.1 人工皮肤的结构 电加热层使表皮保持在适当的温度(50-70度),进行恒温控制或是恒功率加热,可利用PVDF的热释电性来测量被接触物体的导热性能。柔顺的隔热层将上层的热觉测试和下层的触觉、滑觉和滑移距离测试隔开。8第8页/共25页97.5.1 人工皮肤的结构 加热层是厚度小于1mm的导电橡胶,电阻值为100150 ,两边用导电胶与金属极粘结固定。当电极间加12V的电压后,功率为1W左右,环境温度为20摄氏度时,人工皮肤表皮的温度为52度(热动态平衡)。9第9页/共25页107.5.1 人工皮肤的结构 当人工皮肤接触物体后发生热传导,表皮的温度下降。上层PVDF有触
4、压和热觉的混合输出信号,而下层PVDF,因有隔热层保护,只输出触压信号,并且当物体滑动时,可检测滑动。根据条状电极的输出信号特征和触压区域的转移,可推得物体的滑移距离。由上下层PVDF输出信号的综合处理可以区分热觉和触觉信号。10第10页/共25页117.5.2信号检测图729为PVDF敏感信号采样电路图:11第11页/共25页127.5.2信号检测电荷放大器采用高阻抗MOSFET输入型高精度放大器,反馈回路由云母电容并接反馈电阻R=100M组成。电路采用多路模拟开关,完成上层PVDF面和下层PVDF各条之间的采样切换。每次采样后,闭合一次使放大器复位,以保证每次读数起点一致。A/D转换采用逐
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