PVDF触觉传感器的结构与受力分析-三维传感应用

"这篇硕士论文详细探讨了基于PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜的三维触觉/热觉传感器的设计与仿真。作者通过分析现有触觉传感器的局限性，提出了利用PVDF薄膜的压电和热释电效应来创建一个能够感知三维力和温度变化的传感器。" 在论文中，作者首先综述了触觉传感器的研究背景，指出尽管单向力检测技术已相对成熟，但局限于检测单一法向力，无法满足智能机器人对多功能、多维度触觉传感器的需求。因此，他们选择了PVDF薄膜作为核心敏感材料，因为它具有良好的压电和热释电性能。 PVDF压电薄膜在受力时，由于其压电特性，会在拉伸和压缩状态下产生电荷，这些电荷的大小与施加的力成正比。根据传感器的对称结构，当负载沿X或Y方向施加时，电荷在特定方向上互相抵消，而在Z方向上的力则会使所有薄膜产生相同的电压响应。这可以通过公式4.1和4.2表达，其中FA、FB、FC、FD代表四个薄膜受到的三维力，而FAX、FBX、FCX、FDX等表示各方向的受力分量。通过这些公式，可以计算出不同方向的力对传感器电压响应的影响。 接着，论文中详细介绍了PVDF薄膜的热释电效应，这是其感知温度变化的基础。当PVDF薄膜的温度改变时，它会产生电荷，这种现象可以用于构建热觉传感功能。作者使用ANSYS软件对PVDF薄膜的不同形状进行了有限元分析，以研究曲率和拱高对其灵敏度的影响，为优化传感器设计提供了依据。 论文的这部分内容展示了PVDF压电薄膜在构建三维触觉和热觉传感器中的潜力，通过理论分析和仿真研究，为未来开发更先进的多模态传感器提供了基础。这种传感器不仅能够感知物体的法向力，还能感知切向力和扭矩，同时具备温度感知能力，极大地提升了机器人对环境的感知和交互能力。