三维触觉/热觉传感器设计：PVDF薄膜的应用与仿真研究

"这篇硕士论文详细探讨了触觉/热觉传感器的设计与仿真，特别是基于PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜的三维触觉/热觉传感器。作者谢娜在导师秦岚教授的指导下，深入研究了触觉传感器在智能机器人中的重要性，以及现有技术的局限性，如单向力检测的限制。论文分析了不同类型的触觉传感器的工作原理、性能特点，并对比了各种技术的优缺点，最终选择了压电效应作为设计触觉/热觉传感器的基础。 在研究过程中，论文重点分析了PVDF薄膜的优异压电性能，解释了其传感原理和测量电路设计。通过ANSYS有限元分析软件，对PVDF薄膜的不同形状进行了仿真，研究了曲率和拱高如何影响传感器的灵敏度，这为基于曲面PVDF薄膜的触觉/热觉传感器提供了理论支持。 此外，论文还详细介绍了热释电效应和热释电材料，特别是PVDF薄膜在热释电传感中的应用，解析了其热释电传感原理。这种结合触觉和热觉的传感器设计旨在提高机器人对物体物理特性和温度的感知能力，以实现更精确的物体识别和操作。 触觉传感器的发展历程从1921年Karel Capek在《Rossum’s Universal Robots》中提及的机器人概念开始，到现代，已经经历了从简单的接触感知到复杂多维感知的演变。触觉/热觉传感器的研究不仅关注检测功能，如硬度、光滑度、温度，还包括识别功能，如形状、纹理、材质。随着技术的进步，这类传感器在机器人领域的应用将更加广泛，尤其是在需要精细操作和环境感知的场合，例如医疗、制造业和服务业。" 这篇摘要全面概述了触觉/热觉传感器的科学研究背景、技术选型、设计方法和未来潜力，特别是在智能机器人技术中的应用前景。通过PVDF薄膜的压电和热释电性质，作者展示了如何创建一种能够同时感知力和温度变化的三维传感器，这对提升机器人的感知能力和交互性能具有重要意义。