目錄

前言

第1章 柔性觸覺傳感技術概論 1

1.1 引言 1

1.2 機器人觸覺傳感技術的發展現狀 4

1.2.1 智能假肢的觸覺感知功能的發展現狀 4

1.2.2 機器人手觸覺感知的發展現狀 6

1.3 觸覺傳感方式的基本類型 8

1.4 柔性觸覺傳感器的建模分析與測試應用 20

1.4.1 柔性觸覺傳感器的建模分析 20

1.4.2 柔性觸覺傳感器的性能測試應用 27

1.5 柔性觸覺傳感技術的發展 36

第2章 電容式柔性觸覺傳感陣列的法向力檢測力學建模 39

2.1 引言 39

2.2 電容式柔性觸覺傳感陣列的結構設計 40

2.2.1 電容式觸覺傳感器的材料選取 40

2.2.2 電容式觸覺傳感器的檢測原理 40

2.2.3 電容式柔性觸覺傳感陣列的結構設計 42

2.2.4 電容式柔性觸覺傳感陣列的檢測原理 43

2.3 電容式柔性觸覺傳感單元的力學解析建模 43

2.3.1 觸覺傳感單元的幾何模型與邊界條件 43

2.3.2 觸覺傳感單元的力學解析模型 44

2.3.3 觸覺傳感單元的變形計算與分析 48

2.3.4 觸覺傳感單元的電容值變化 55

2.4 電容式柔性觸覺傳感單元的分區域力學建模 56

2.4.1 觸覺傳感單元的分區域幾何模型 56

2.4.2 觸覺傳感單元的分區域修正力學模型 58

2.4.3 觸覺傳感單元的分區域變形計算與分析 67

2.5 本章小結 68

第3章 電容式柔性觸覺傳感陣列的三維力檢測力學建模 70

3.1 引言 70

3.2 基于微四棱錐臺介電層的柔性觸覺傳感陣列設計 71

3.2.1 基于微四棱錐臺介電層的柔性觸覺傳感陣列的結構設計 71

3.2.2 基于微四棱錐臺介電層的柔性觸覺傳感器的檢測原理 72

3.2.3 觸覺傳感單元的陣列化與外圍引出電極配置方案設計 73

3.3 基于微四棱錐臺介電層的柔性觸覺傳感陣列的三維力解耦 75

3.3.1 觸覺傳感單元的三維力解耦模型 75

3.3.2 觸覺傳感單元三維力測試 76

3.4 分布式柔性觸覺傳感陣列的力學解析建模 81

3.4.1 觸覺傳感單元的幾何模型 81

3.4.2 觸覺傳感單元的力學解析模型 83

3.4.3 力學解析模型的求解方法 89

3.4.4 觸覺傳感單元的變形計算與分析 90

3.5 分布式柔性觸覺傳感陣列的結構參數優化 91

3.5.1 觸覺傳感單元的參數優化準則 91

3.5.2 觸覺傳感陣列微四棱錐臺介電層的結構參數優化 92

3.5.3 觸覺傳感陣列表面凸起的結構參數優化 95

3.5.4 觸覺傳感陣列的三維接觸力檢測性能分析 97

3.6 本章小結 99

第4章 電容式柔性觸覺傳感陣列的曲面裝載力學建模 101

4.1 引言 101

4.2 柔性觸覺傳感陣列的曲面裝載幾何模型 102

4.3 柔性觸覺傳感陣列的曲面裝載力學建模 104

4.3.1 觸覺傳感單元的曲面裝載力學解析模型 104

4.3.2 曲面裝載力學解析模型的求解方法 110

4.4 曲面裝載對觸覺傳感陣列檢測性能的影響 112

4.4.1 觸覺傳感單元的變形計算與分析 112

4.4.2 觸覺傳感單元的電容變化規律 113

4.5 本章小結 114

第5章 電容式柔性觸覺傳感陣列的微制造工藝與性能測試 115

5.1 引言 115

5.2 柔性觸覺傳感陣列的分層制造與集成封裝工藝設計 116

5.3 柔性觸覺傳感陣列的微制造工藝 117

5.3.1 柔性觸覺傳感陣列的電容極板微制造工藝 117

5.3.2 柔性觸覺傳感器微四棱錐臺介電層微制造工藝 122

5.3.3 柔性觸覺傳感陣列表面凸起制造工藝 130

5.3.4 柔性觸覺傳感陣列的集成封裝工藝 131

5.4 柔性觸覺傳感陣列的檢測原理及性能測試實驗 133

5.4.1 分布式柔性觸覺傳感陣列的檢測原理 133

5.4.2 柔性觸覺傳感陣列的實驗平臺構建 139

5.4.3 柔性觸覺傳感陣列的平面裝載下觸覺力的檢測性能測試 142

5.4.4 柔性觸覺傳感陣列的曲面裝載下觸覺力的檢測性能測試 146

5.5 柔性觸覺傳感陣列的假肢手裝載及抓取實驗 150

5.5.1 柔性觸覺傳感陣列的假肢手裝載 150

5.5.2 假肢手抓取物體過程中的觸覺力檢測實驗 150

5.6 本章小結 153

第6章 基于導電橡膠的柔性觸滑覺復合傳感陣列 155

6.1 引言 155

6.2 柔性觸滑覺復合傳感陣列的結構設計及測試原理 156

6.2.1 柔性觸滑覺復合傳感陣列的結構設計 156

6.2.2 三維觸覺力檢測原理 157

6.2.3 滑移檢測原理 159

6.3 柔性觸滑覺復合傳感陣列的微制造工藝 162

6.3.1 柔性觸滑覺復合傳感陣列的微制造工藝流程 162

6.3.2 柔性觸覺傳感陣列的樣機制作 163

6.4 柔性觸滑覺復合傳感陣列的性能測試 165

6.4.1 觸滑覺復合傳感陣列的性能測試標定 165

6.4.2 機器人手穿戴的抓取測試 169

6.5 本章小結 184

第7章 柔性觸覺傳感陣列的滑移檢測力學建模 186

7.1 引言 186

7.2 基于導電橡膠的柔性觸覺傳感陣列 187

7.3 柔性觸覺傳感陣列在初始滑移階段的力學建模 188

7.3.1 基于梁束理論的柔性觸覺傳感單元的力學建模 188

7.3.2 柔性觸覺傳感單元力學模型的仿真分析及誤差補償 196

7.4 柔性觸覺傳感單元在整體滑動階段的力學建模 205

7.4.1 基于分形理論的物體表面重建方法 206

7.4.2 基于W-M函數準三維擴展的表面重建 213

7.4.3 基于梁束模型的觸覺傳感單元在整體滑動階段的力學建模 214

7.5 本章小結 220

第8章 柔性觸覺傳感陣列的滑移檢測及物體表面識別應用 221

8.1 引言 221

8.2 基于柔性觸覺傳感陣列的滑移檢測方法與實驗 221

8.2.1 基于小波變換的滑移檢測方法 221

8.2.2 基于柔性觸覺傳感陣列滑移檢測的有限元仿真建模 223

8.2.3 柔性觸覺傳感陣列的制造及其滑移檢測實驗 230

8.3 基于柔性觸覺傳感陣列的物體表面識別方法與實驗 241

8.3.1 面向規則紋理表面的信息提取方法 242

8.3.2 基于神經網絡算法的表面材質分類方法 249

8.4 本章小結 257

參考文獻 259

索引 276