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基于石墨烯的触觉传感器及三维力解耦研究

更新时间：2020-03-18 06:28:30 大小：5M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：石墨烯触觉传感器 下载积分：3分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

智能化是机器人技术最新发展的一个重要方向，而实现智能化的一个关键技术——触觉传感器技术，是制约其发展的重要因素。对于人类触觉的模拟，既要满足三维力测量的高灵敏度，又要有人类皮肤的柔性。目前针对强力信号（>10kPa）的检测技术已经成熟，而对于弱力（<5kPa）及三维力信号的检测仍需研究，同时柔性传感器器件制造水平仍需提高。鉴于此，本课题拟采用阵列结构化的石墨烯薄膜作为力学敏感材料，通过优化设计传感器的结构和制造工艺，制备出高性能力学传感器，并采用一体化的信号采集系统，实现力学信号的快速采集与分析。

  利用材料的界面压阻效应，设计了一种基于石墨烯的柔性三维力触觉传感器。传感器总体结构包括表面凸起层、压阻层和柔性电极三个部分。对界面电阻产生的机理进行了分析，研究了传感器三维力检测原理。

  进一步利用硅光刻技术、湿法刻蚀工艺、反拷铸膜法和层层自组装技术（Layer-By-Layer，LBL）制作了带有石墨烯薄膜的压阻层。设计并制备出了柔性电极层，将各部分组装成柔性三维力传感器的压阻单元；分别对其进行了正压力与任意三维力的检测性能测试。当接触压力小于500Pa时，传感器灵敏度为-1.71KPa-1，500～5000Pa时，传感器灵敏度为-0.0178KPa-1；响应和回复时间分别为7.5ms和7.4ms；传感器可实现对正压力、剪切力、空间任意方向力的快速和高灵敏度检测，其最低检测限为2Pa，且具有良好的稳定性。

  进一步搭建了阵列触觉传感器的信号采集电路，首先利用分压的方式设计了信号检出电路，然后通过高速选通芯片CD4051对每个阵列传感单元的输出信号进行采集。利用STM32单片机的A/D模数转换器实现信号由模拟量到数字量转换，使用STM32单片机对数字信号处理分析，最后将输出信号通过PC显示出来。

  最后对触觉传感器进行了耦合分析，分析结果表明传感器的耦合计算结果受到设计原理、测量方式和传感器制造装配精度的影响，因此，每个方向的输出信号会受到多个外界因素的干扰。鉴于此，采用了BP神经网络对触觉传感器进行了解耦研究。解耦计算结果的最大误差为4.3%FS，最后编写了解耦界面。

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