基于PVDF的三维触觉/热觉传感器设计与仿真

"这篇硕士论文详细探讨了基于PVDF（聚偏氟乙烯）薄膜的三维触觉/热觉传感器的设计与仿真，旨在扩展触觉传感器的功能性和应用范围，以满足智能机器人领域的需求。作者谢娜在导师秦岚教授的指导下，于2014年在重庆大学光电工程学院完成了这项研究。 论文首先综述了触觉传感器的国内外研究进展，对比分析了各种触觉传感器的工作原理、性能特点和局限性，特别关注了压阻效应、电容变化、磁致伸缩效应、光变化和压电效应等技术的优缺点。在此基础上，确定了采用压电效应作为触觉/热觉传感器的基础。 随后，论文深入研究了PVDF压电薄膜的特性，包括其优良的柔韧性和压电性，以及独特的热释电效应，这些特性使其成为构建触觉/热觉传感器的理想材料。通过ANSYS有限元分析软件，作者对不同形状的PVDF薄膜进行了仿真，发现曲面结构的PVDF薄膜能提高灵敏度，这对于设计具有弧度的触觉/热觉传感器至关重要。 论文还详细阐述了热释电效应及其在PVDF薄膜中的应用，分析了热释电传感的工作机制，为实现热觉感知提供了理论支持。传感头由PVDF薄膜、导电树脂和硅橡胶等材料组成，其中导电树脂制成的圆台与PVDF薄膜协同工作，能检测到压力和温度变化。 此外，设计中PVDF薄膜的排列方式，如图4.1所示，采用对称粘贴在圆台侧面和上下表面的方式，增加了传感器的感知维度。PVDF-E上覆盖硅橡胶表皮，而PVDF-F下表面结合硅导电橡胶基底和引线，确保了信号传输和封装的可靠性。 论文的仿真和实验结果表明，这种基于PVDF的三维触觉/热觉传感器有望实现多维感知，提升触觉传感器的灵活性和功能性，以适应更复杂的智能机器人应用场景。" 这篇研究不仅涵盖了传感器的结构设计，还涉及到材料科学、电子工程和仿真技术等多个领域，为触觉传感器的未来发展提供了一个创新且实用的方向。