智能传感服装触觉信息实时采集及处理方法的研究

论文摘要

触觉传感技术是机器人智能化的标志之一,实时信息获取及处理系统是智能机器人触觉传感服装研制的关键技术。本文主要针对目前智能机器人触觉传感服装阵列在数据采集方面遇到的不能兼有实时性采集和有效防止扫描串扰的难题,在分析国内外触觉传感器技术的发展现状、研究智能机器人触觉传感服装的设计原理和导电橡胶的压阻特性的基础上,综合运用了材料科学、触觉传感技术、虚拟仪器和电子技术等学科领域的理论与技术,设计了一套基于导电橡胶的智能机器人触觉传感服装阵列实时数据采集系统。该系统的硬件主要由以下几个部分组成:8×8触觉传感器阵列、改进型行扫描电路、调理电路、SCB-68板卡连接器、屏蔽电缆、PCI-6259数据采集卡和计算机等。在触觉传感器阵列上放置一个重物,基于导电橡胶的压阻原理,压力的变化转化为导电橡胶电阻的变化。通过信号提取电路获取反映该变化的电压。本文设计的改进型扫描电路可以按顺序将每一个触元压力信息以扫描的方式采集到计算机中,经过数据处理可以恢复接触物体轮廓和压力分布情况。在NI的labVIEW环境下进行了系统软件的模块化设计。图像化的G语言程序不仅易于修改移植而且调试方便,提高了系统的开发效率。最后,在现有实验系统的条件下,搭建了数据采集实验系统,设计了验证性实验,取得了较好的实验结果。本文设计的触觉传感阵列信息实时采集和处理系统,经过理论研究和实验验证表明是可行的,不仅实现了实时性的数据采集,而且较好地避免了串扰信号,提高了系统的稳定性与可靠性。本文的研究为教育部重点项目“基于导电橡胶的智能机器人服装”的完成做出了贡献,所研制的实时数据采集与处理系统为大规模阵列式传感器的实时信息获取与处理提供了解决方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 机器人触觉传感技术的研究概况
• 1.1.1 触觉传感技术的研究背景
• 1.1.2 触觉传感技术的发展历程
• 1.1.3 触觉传感技术研究的主要方向
• 1.1.4 触觉传感技术发展中的存在的问题
• 1.2 课题的提出及研究意义
• 1.2.1 课题的提出
• 1.2.2 课题的研究意义
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 基于导电橡胶的触觉传感服装的研究
• 2.1 触觉传感器概述
• 2.1.1 触觉传感器的分类
• 2.1.2 触觉传感原理和敏感材料的选取
• 2.1.3 导电橡胶的压阻传感原理
• 2.2 导电橡胶压阻特性的实验研究
• 2.2.1 导电橡胶的压阻特性
• 2.2.2 导电橡胶的时滞特性
• 2.3 触觉传感服装的设计原理
• 2.3.1 阵列式触觉传感器设计研究
• 2.3.2 分块式触觉传感服装的制作
• 2.4 本章小结
• 3 触觉传感阵列实时数据采集硬件系统设计
• 3.1 数据采集系统设计原理及其组成
• 3.1.1 系统工作原理
• 3.1.2 系统的硬件组成
• 3.2 采集扫描电路的设计
• 3.2.1 传感阵列扫描电路原理
• 3.2.2 被动式扫描传感阵列
• 3.2.3 电压镜扫描传感阵列
• 3.2.4 改进型扫描传感阵列
• 3.3 PCB 板设计及制板
• 3.3.1 PCB 设计注意事项
• 3.3.2 PCB 制板
• 3.4 本章小结
• 4 触觉传感阵列实时数据采集软件系统设计
• 4.1 采集系统软件的总体结构
• 4.2 虚拟仪器技术概述
• 4.3 数据采集方案设计
• 4.3.1 采样定理
• 4.3.2 多通道采集方案的选择
• 4.3.3 DAQ 连续模拟输入
• 4.4 基于 LabVIEW 的数据采集程序设计
• 4.4.1 连续模拟采集程序模块
• 4.4.2 数字信号采集程序
• 4.4.3 模拟输出程序模块
• 4.4.4 显示程序界面
• 4.4.5 整体程序流程图
• 4.5 本章小结
• 5 实验系统的搭建及调试
• 5.1 实验总体平台
• 5.1.1 实验目的
• 5.1.2 实验设备
• 5.1.3 实验过程
• 5.2 实验结果及分析
• 5.2.1 实验结果
• 5.2.2 实验系统的可行性和实时性分析
• 5.2.3 实验误差分析
• 5.2.4 对采集系统的优化提出改进方法
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 作者在攻读硕士学位期间发表论文