随着自动化装备向智能化和集成化方向发展,工业机器人领域广泛应用的环形运动平台需要通过传感器对环形运动单元进行实时的速度和位置反馈。然而,传统的机械运动传感器仅适合直线或旋转运动的检测,对于轨迹半径较大的环形运动存在结构复杂、集成度低和维护困难等问题。基于摩擦起电与静电感应耦合效应的摩擦纳米发电机能够感知敏感的机械运动,并且具有自供电、集成度高、体积小、结构简单、成本低等突出优势,为环形运动的检测提供了可行的技术方案。本文基于摩擦纳米发电机的独立层工作模式,研制了摩擦电环形运动传感器,并集成于环形运动平台,从动子结构、摩擦类型和材料等多个角度对传感器的服役特性进行系统地试验研究,为高精度环形运动平台的闭环控制提供技术基础。研制了不同摩擦类型的摩擦电环形运动传感器。设计定子电极和动子滑块结构,其中定子电极采用四路差分的环形叉指电极结构,有效提高了传感器的角位移分辨率,动子滑块采用滑动摩擦、滚动摩擦和扫掠式滑动摩擦三种摩擦类型的结构,将三种摩擦类型的传感器集成于环形运动平台;分析了三种摩擦类型的摩擦电环形运动传感器的工作原理,并通过静电场仿真分析其电势分布,对传感器结构设计的合理性进行了验证。开展了不同摩擦类型摩擦电环形运动传感器的电输出特性与耐久性试验研究。通过试验分析了电负性材料种类与厚度对传感器的电输出特性的影响;测试了不同摩擦类型与不同摩擦层结构的传感器耐久性;研究了三种摩擦类型传感器的电输出特性,包括传感器的开路电压、短路电流与负载特性等,为传感器信号处理提供基础。通过传感器的耐久性与电输出特性试验研究,综合确定了传感器摩擦层材料、结构和摩擦类型的应用方案。提出了摩擦电环形运动传感器的实时硬件信号处理方法,将传感器原始信号转化为标准的数字方波信号,减少了传感器采集端口数量;搭建了摩擦电环形运动传感器测试平台,实现了传感特性参数的实时采集;利用高精度光电编码器对传感器进行标定,测试并对比分析了三种摩擦类型的摩擦电环形运动传感器的速度和角位移传感精度;针对摩擦电环形运动传感器的最终应用方案,测试了传感器的速度绝对误差率、角位移精度和重复定位精度等传感特性参数。