【摘 要】
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随着智能设备的发展,智能机器人等智能设备已经逐渐融入社会生活,成为便利人们生活的重要设备。其中能够准确感知外部环境,例如压力、湿度、温度等信号,决定着智能设备是否可以做出与环境相关的正确响应。此时,传感器成为智能设备不可或缺的重要零部件。为了能够适应不同的工作环境,柔性传感器逐渐开始出现在智能设备当中。本文围绕柔性力学量传感器开展了研究工作,主要工作如下:将超弹性材料与电阻应变片相结合,研制了一系
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随着智能设备的发展,智能机器人等智能设备已经逐渐融入社会生活,成为便利人们生活的重要设备。其中能够准确感知外部环境,例如压力、湿度、温度等信号,决定着智能设备是否可以做出与环境相关的正确响应。此时,传感器成为智能设备不可或缺的重要零部件。为了能够适应不同的工作环境,柔性传感器逐渐开始出现在智能设备当中。本文围绕柔性力学量传感器开展了研究工作,主要工作如下:将超弹性材料与电阻应变片相结合,研制了一系列新型的力学量柔性传感器,包括两种主要传感器和四种扩展性传感器。首先研制了柔性应变敏感条,通过调整结构可扩展为两种力学量传感器,包括拉伸测量传感器和转曲测量传感器。该敏感条形状不唯一,结合了超弹性材料的柔软性与电阻应变片技术成熟的特点。对于柔性敏感条的拉伸性能,文章进行了不同结构,不同厚度的柔性敏感条灵敏度对比,探讨了在何种结构下柔性敏感条灵敏度可以达到较优水平。实验证明,柔性敏感条具有输入输出线性好、精确度高、零频响、性能稳定等优点。在验证了柔性应变敏感条拉伸性能的同时,更改内部电阻应变片位置,实现了对于转曲角度的测量。基于弯转性能对柔性敏感条进行了示意性标定,标定结果线性度良好,验证了弯转结构的合理性。同时进行了手指弯转角度的示意性测量,说明柔性敏感条在智能设备的发展中具有良好的应用前景。基于柔性敏感条设计了一种可以测量纯摩擦力的柔性力学量传感器,正压力对摩擦力测量的影响不超过满量程的1.8%。利用有限元软件对传感器进行了有限元仿真分析,验证了摩擦力传感器的设计结构合理性。通过实验标定,传感器对于摩擦力的灵敏度可达到186με/N,测量范围在几个N量级。通过改良柔性敏感条的结构,设计了一种柔性膜式挤压力传感器,可以用于测量两个平行平面之间的挤压力。灵敏度可以达到82με/k Pa,测量范围在20k Pa范围。柔性膜式挤压力传感器既拥有超弹性材料柔软的优势,同时继承了电阻应变片应用方便,技术成熟稳定的特点,具有输入输出线性好、零频响以及性能稳定等优点。文章通过标定实验证实了传感器的有效性。通过结构调整,挤压力传感器还可以扩展为指尖接触力传感器以及微小力测量传感器,文章进行了示意性说明及测试,可用于脉搏测量等方面,说明该传感器在人工智能等方面有着良好的发展前景。
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