PVDF薄膜驱动的三维触觉-热觉传感器设计与仿真研究

在当前智能机器人技术发展中，三维触觉和热觉传感器作为关键组件，起着至关重要的作用。它们不仅能检测物体的法向力，还能提供关于物体表面形貌、温度等多维度信息，从而增强机器人的感知能力，实现更精确的操作。这篇硕士学位论文由谢娜撰写，指导教师为秦岚教授，研究领域集中在基于聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的三维触觉/热觉传感器设计与仿真。 论文首先梳理了国内外触觉/热觉传感器的研究现状，对各类传感器如压阻式、电容式、磁致伸缩式、光敏式以及压电式进行了深入分析，指出这些传感器各自的优势和局限性。作者着重强调了压电效应在触觉传感器中的潜力，通过理论基础的研究，为后续的设计提供了依据。 接着，论文详细探讨了PVDF压电薄膜的卓越性能，包括其传感原理和测量电路的设计。作者利用ANSYS有限元分析软件，对不同形状的PVDF压电薄膜进行仿真，着重研究了曲率和拱高对传感器灵敏度的影响，这对于理解如何优化薄膜结构以提高触觉性能至关重要。 此外，论文还深入解析了热释电效应及其材料特性，特别是对PVDF薄膜的热释电传感原理进行了详尽的讨论。结合PVDF的热电特性，研究者探讨了如何将其应用于热觉探测，这为三维触觉/热觉传感器的综合功能提供了可能。 论文的核心创新在于提出了一种新型的三维触觉/热觉传感器，它不仅具备传统传感器的力觉检测能力，还能感知温度变化，从而扩展了机器人的感知范围，提升了其在复杂环境中的适应性和交互性。该设计有望推动智能机器人技术的进步，为未来人机交互和自动化应用开辟新的路径。 这篇论文通过对现有技术和材料的深入研究，以及对未来传感器发展方向的前瞻性思考，为三维触觉/热觉传感器的设计提供了实用且理论扎实的解决方案，具有较高的科研价值和实际应用潜力。