新型三维柔性触觉传感器结构设计及仿真研究

论文摘要

本文介绍了国内外触觉传感器技术的研究现状和发展趋势及一些典型的触觉传感器的设计方法，分析了它们各自所具有的优点和所存在的缺点。由于力敏导电橡胶具有力学性能好，抗干扰能力强，制作的传感器预期能达到具有较高的分辨率，是制作柔性触觉传感器的良好材料，讨论了力敏导电橡胶国内外研究状况及其主要用途，总结了力敏导电橡胶在触觉传感器中的应用，提出一利，基于力敏导电橡胶的新型柔性触觉传感器设计思想。采用非线性有限元法对柔性触觉传感器单元结构进行有限元仿真，将分析结果与理沦结果对比，验证了设计方案的可行性。对三维柔性触觉传感器的阵列结构进行了有限元仿真研究，获得了在不同的三维力作用下各节点坐标的三个方向位移变化量，得到力与位移的关系，计算了三维力作用下变形及受力前后输出电阻的变化率，为验证实验结果和新型结构设计提供有效的依据。可有效的分析和研究这种新型的柔性触觉传感器的力学和电学性能。为新型柔性触觉传感器的进一步研究提供了思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势
• 1.2.1 压阻式触觉传感器
• 1.2.2 光传感式触觉传感器
• 1.2.3 压电式触觉传感器
• 1.2.4 其它触觉传感器
• 1.2.5 触觉传感技术的发展应用前景
• 1.3 有限元方法在传感器设计中的应用
• 1.4 课题来源、目标和主要内容
• 第二章 基于力敏导电橡胶的触觉传感器
• 2.1 引言
• 2.2 力敏导电橡胶研究
• 2.3 力敏导电橡胶触觉传感器
• 2.4 小结
• 第三章 非线性力敏导电橡胶材料的有限单元法
• 3.1 引言
• 3.2 橡胶材料的本构关系
• 3.2.1 橡胶材料的统计理论
• 3.2.2 唯象理论
• 3.3 橡胶材料有限元本构模型
• 3.3.1 Neo-Hookean材料
• 3.3.2 Mooney材料
• 3.3.3 Rivilin表达式
• 3.3.4 Ogden模型
• 3.3.5 Yeoh模型
• 3.4 ANSYS软件的非线性有限元分析方法
• 3.4.1 非线性有限元分析的求解流程
• 3.4.2 非线性分析的一般方法
• 3.4.3 逐步递增载荷和平衡迭代
• 3.4.4 非线性求解的组织级别
• 3.4.5 收敛容限
• 3.5 小结
• 第四章 力敏导电橡胶触觉传感器单元结构有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 柔性触觉传感器
• 4.2.1 工作原理
• 4.2.2 单元结构
• 4.3 非线性橡胶材料有限元理论
• 4.3.1 非线性橡胶材料有限元模型
• 4.3.2 MOONEY-RIVILIN材料常数的确定
• 4.4 有限元分析
• 4.4.1 有限元模型建立
• 4.4.2 计算结果与分析
• 4.5 小结
• 第五章 新型柔性触觉传感器阵列结构设计及仿真研究
• 5.1 引言
• 5.2 力敏导电橡胶触觉传感器
• 5.2.1 力信息检测原理
• 5.2.2 网状结构柔性触觉传感器设计
• 5.3 有限元分析
• 5.3.1 有限元模型的建立
• 5.3.2 计算结果及分析
• 5.4 结论
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结束语
• 6.2 下一步的工作及展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文