刘彩霞， 黄 英， 缪 伟， 蔡文婷， 袁海涛， 曹广辉

（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，合肥安徽 230009）

用于检测三维力的柔性触觉传感器结构研究及有限元分析

刘彩霞， 黄 英， 缪 伟， 蔡文婷， 袁海涛， 曹广辉

（合肥工业大学电子科学与应用物理学院，合肥安徽 230009）

基于力敏导电橡胶材料，设计了一种四电极对称结构的三维力柔性触觉传感器。利用有限元分析软件ANSYS，结合橡胶材料的Mooney-Rivlin本构模型，对传感器加载垂直力和剪切力进行有限元分析，得到传感器在三维力作用下的应力应变分布状态，并进行了实验验证，结果表明了传感器结构设计和数学模型构建的合理性。通过对传感器传力的触头材料和形状进行有限元分析，表明触头选择硬度相对较大的材料，制成长椭球状半径（a＝1．5b），可以优化传感器的性能，为用于检测三维力的柔性触觉传感器的实际应用提供了依据。

计量学；触觉传感器；三维力；力敏导电橡胶；有限元

1 引 言

触觉传感器是实现测量自身敏感面与外界物体相互作用参数的装置。在目前的触觉传感器中，单维力传感器的技术已经较成熟，实现剪切力及三维力信息检测的研究工作也取得了一定进展［1～8］。随着智能机器人等技术的发展，越来越多的应用场合需要既能检测三维力又具有柔性的新型触觉传感器。然而，受现有的材料科学、制造加工技术、工艺等限制，具有三维力检测功能的触觉传感器结构和敏感材料的柔性化的兼容方面还存在一定的困难，使三维力触觉传感器在智能机器人等领域的实际应用受到一定的限制。……