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基于多向力和材料识别的多模态手指形薄膜触觉传感器设计0.1
Words 2018Read Time 6 min
2025-7-23
2025-8-17
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前文提出的一种指状触觉传感器 (FTS),它可以检测多方向的力并识别材料。FTS 主要由外部材料识别部分和内部力传感部分组成。类似于基于人类指纹的材料识别,我们将三种不同的材料嵌入硅胶外壳的指尖区域,形成三个单电极摩擦电传感器。当 FTS 接触外部物体时,这些传感器会直接与物体相互作用,产生与接触材料相关的电压信号。经过预处理后,这些信号被输入到 ResNet50 深度学习模型中进行特征提取和分析,从而实现准确的物体识别。此外,硅胶外壳内壁上的微针阵列和半球形突起与聚乳酸 (PLA) 刚性骨架的镀银表面相互作用,产生摩擦和相对运动。这种相互作用导致局部接触和分离,从而在五个银电极上产生不同的电压信号。
为了确保摩擦电信号的稳定性,微针的外表面镀银,有效屏蔽了外部静电干扰。通过分析这五个电极的电压信号,可以精确确定施加力的大小和方向。我们将 FTS 集成到机械手中,模拟智能车间的物料分拣任务。这种传感器结构可以有效识别和抓取一定重量的物体,并将其精确地送达指定位置。
针对目前实验室条件如下,我设计薄膜形式的传感器如下:
 
基于提供的文献,给出一个将指尖触觉传感器(FTS)设计成薄膜形式,并使用PET薄膜或其他易产生摩擦电的薄膜的详细实验设计方案。由于文献主要描述了使用硅胶的传感器,以下方案将结合文献信息和通用薄膜摩擦电器件的制备方法。
实验目标
  1. 设计并制备基于薄膜材料的力传感器和材料识别传感器。
  1. 评估薄膜传感器的力学性能和电学性能。
  1. 测试薄膜传感器在多方向力感应和材料识别方面的性能。
实验材料
  • PET薄膜(或其他摩擦电正极材料,如尼龙、聚酰亚胺等)
  • 摩擦电负极材料薄膜(如PTFE、FEP等)
  • 导电材料:银浆、导电聚合物
  • 用于材料识别的不同材料薄膜(如PAN10、PA66、PTFE等,与原文一致)
  • 环氧树脂或UV固化胶
实验设备
  • 旋涂仪
  • 匀胶机
  • 真空镀膜机/磁控溅射
  • 光刻机(可选,用于图案化电极)
  • 激光切割机/刻蚀机(用于薄膜切割和图案化)
  • 压力传感器
  • 万用表
  • 示波器
  • 信号放大器
  • 线性电机
  • 数据采集系统
  • 3D打印机(用于制作夹具和支撑结构)
实验步骤
1. 薄膜力传感器的设计与制备
2. 薄膜材料识别传感器的设计与制备
3. 传感器集成与封装
4. 实验测试与数据分析
实验注意事项
  • 薄膜材料的选择和处理对传感器性能有重要影响,需要仔细评估和优化。
  • 微结构的构建需要精密的加工技术,需要根据实际情况选择合适的方法。
  • 实验过程中注意静电防护,避免静电干扰影响测试结果。
  • 数据采集和处理过程中,需要采用合适的滤波和放大电路,提高信噪比。
请注意,以上实验方案仅为参考,具体实施时需要根据实际情况进行调整和优化。
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