柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的研究与设计

• 作 者: 姜乾坤
• 出 处: 安徽农业大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 信号采集系统 柔性电阻式触觉传感器 电子皮肤 触觉感知

皮肤是人体感知不可或缺的部分,人类利用皮肤感知复杂的外部环境,而机器人利用电子皮肤感知被接触物体的信息,随着人工智能、物联网、智能设备、新材料的迅速发展,人们对于电子皮肤的触觉感知的精确度和数据采集的时效性有了更高的需求。柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的研究与设计,为电阻式高仿生性能电子皮肤的设计提供研究基础。本文利用最新研发的柔性电阻式触觉传感器设计开发一套信号采集系统,系统可以对传感器阵列的压力信号实现高速、实时、准确的采集,并通过无线USB通信模块,将处理后的信号传送给上位机,实时显示压力的大小和分布,保存并记录相关数据。本文主要工作如下:(1)研究当前柔性传感器、电子皮肤、信号采集系统的历史与现状,总结三者存在的不足,确定本文的主要研究内容。(2)讨论关于实现柔性电阻式触觉传感器信号采集系统所涉及的关键技术。包括电阻传感器信号采集技术、传感器阵列信号采集技术、A/D信号转换技术及异步串行通信技术等。(3)设计柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的硬件部分。首先,进行整体设计,针对传感器阵列信号采集方法,设计两种方案:顺序扫描式信号采集和行列扫描式信号采集。其次,为两种信号采集方案进行硬件选型和电路设计,包括主控芯片的选择、传感器阵列扫描电路的设计、供电模块电路的设计、无线USB通信模块电路的设计、PCB的设计以及整体的电路的连接调试等。(4)设计柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的软件部分。根据系统的整体思想及硬件电路的设计,开发柔性电阻式触觉传感器信号采集系统软件,包括柔性电阻式触觉传感器阵列信号采集模块、信号处理模块、通信模块等,以及上位机(PC机)程序设计,最终完成柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的整体设计,并对系统进行已知电阻的测试实验。(5)设计柔性电阻式触觉传感器信号采集系统的触觉感知实验。包括柔性电阻式觉传感器重复性与灵敏度实验设计、电子皮肤压力感知实验设计、电子皮肤形变感知实验设计及电子皮肤应用感知实验设计等。本文经过上述研究、设计与实验,最终完成电子皮肤的压力触觉信号感知实验、电子皮肤形变触觉感知实验及电子皮肤的应用感知实验,验证柔性电阻式触觉传感器可以作为电子皮肤的载体,表明柔性电阻式触觉传感器信号采集系统设计的可行性,为电子皮肤的触觉感知研究提供基础,为农业机械手触觉感知研究奠定基础。