李铁军, 戴 骐, 杨若曦, 马 涛, 刘今越

(河北工业大学 机械工程学院,天津 300130)

0 引 言

触觉作为机器人与外界环境重要的接触感知方式,从20世纪70年代起引起了学者们的广泛研究[1]。不同团队从压力、接近觉、滑觉、温觉等方面对触觉传感器进行了研究[2]。按工作原理划分,触觉传感器主要分为压电式、压阻式和电容式,其中,压电材料具有响应频率高的特点,更适合对振动信号的获取[3]。压电材料可分为无机压电材料(压电晶体和压电陶瓷)和有机压电材料—聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF),PVDF材料材质柔软,形变能力大,且具有比压电陶瓷更高的压电电压常数,因此常被用于感知振动的柔性传感器的制作中[4]。在柔性材料选择方面,聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)是一种疏水类的有机硅物料,常温下为油状液体,与固化剂混合后可以固化,固化后有较好的弹性,且可通过调整PDMS基本组分与固化剂的质量比(下文中的质量比均指PDMS基本组分质量:固化剂质量)改变硬度,适合作为柔性传感器的外层材料。人类手指主要由指骨、皮肤、指甲等组成,其中皮肤分为表皮层、真皮层和皮下组织,皮下组织以脂肪为主[5]。不同的研究均表明,作为直接与外界接触的表皮层,其杨氏模量要大于真皮层[6]。在皮肤内存在四种触觉小体,可以对不同的刺激产生不同的响应,其中帕西尼氏小体对振动比较敏感[7]。

本文模仿人体指尖结构,以PVDF压电薄膜材料为传感元件制作了一种仿生柔性触觉传感器,可将其用于机械臂末端,通过分析传感器与材料表面滑动时产生的振动信号对物体材质进行分类识别。……