2008 第十届全国自动化科技研讨会 中华民国九十七月二十七日~二十八日
台湾高雄
国高雄第一科技大学
用结构化电极开发具方向辨认之软性触觉感知器
庄承鑫,政泰 南台科技大学机械工程学系暨米科技研究所 Email: chchuang@mail.stut.edu.tw 摘要
本研究提出结构化电极的概,以建出具方向辨认之软 性触觉感测器.触觉感测器元件结构基本上为一三明治结构, 用半导体制程设计制作微电极之结构於压电薄膜(PVDF) 上,并以矽橡胶制作结构黏接在电极上,以激振器(shaker)与 规(force sensor)达到动态周期性的微小作为触发源.在周期性 微小的作用下,用矽橡胶结构与分散式微电极之设计,当 多轴作用施於结构上时,用矽橡胶结构作为传构件,水 平方向的将造成扭矩(Torsion)的效应 使得结构下方之压电 , 薄膜处产生均匀的应分布,再以分散式的微电极 (Distributed Microelectrodes)输出其所对应的电压,并藉由各个 微电极之讯号辨别其应分布态与外的方向.本实验发现 结构化电极之构想的确可进施方向的辨认,并且矽橡胶结 构之尺寸与感测器敏是息息相关的.未可应用於手机触 控用以辨认大小与方向, 机器人之手部触觉防感测器等. 关键词:触觉感测器,结构化电极,PVDF,软性电子,多轴
雕结构之的方向.文献中 Yoji Yamada,[5] 如图(3)所示: 为国外 2003 日本丰田汽研究所 Isao Fugimoto 文 所摘下的,内容表示制作如像山脊一样的人造皮 肤,在内部嵌入 PVDF 用以侦测横向剪时,因为横向 造成山脊结构边挤压与伸之同应区,可使 PVDF 输出较佳的感测电压.综观上述如需判断多轴或 施方向需要多片压电感测器或压阻元件组合,已达到 判断之效果.本研究首创用结构化电极以及矽橡胶结 构作为传构件,水平方向的将造成扭矩(Torsion) 的效应,使得矽橡胶结构下方之压电薄膜处产生均匀 的 应 分 布 , 再 以 分 散 式 的 微 电 极 (Distributed Microelectrodes)输出其所对应的电压如图(5),并藉由各 个微电极之讯号辨别其应分布态与外的方向.本 文将由,模拟,实验进探讨与分析.
1. 前言
触觉感测器(tactile sensor)是一种感测元件或系统 [1],其功用在於模仿生物皮肤上的触觉,藉由感测器与 待测物体物性的直接接触,可测得接触时的态与待 测物体表面的物性质,如接触时的作用/压的大 小,空间上分布,待测物体的位置,待测物体的形, 物体表面的纹质地,温,硬/软或湿等特性.传 统的触觉感测器大多是建构在可挠曲的基材上如矽 基板或是玻璃基板等,但是由於待测物体可能为平面, 曲面等规则面,使其应用较为受限.然而,近由 於有机导体与有机半导体材的发展突飞猛进,使建构 在可挠曲之高分子基材上的软性电子(flexible electronics) 概变为极为可,因此触觉感测器的发展开始朝向可 挠曲化,使触觉感测器得以扩展其应用域.但是目前 为止,触觉感测器多限於正向大小之判别,反观 方向的辨认则较缺乏,过去文献在侧向方面, O.Geoffrey 等人[2]如图(1)所示:此专主要明机器人的 握爪在抓取物体时是用软性材所组成,藉由摩擦 举起物体,抓取物体时产生动,软性材将产生 扭曲变形,进而感测到动产生.Allen R.Grahn,[3]如图 (2)所示:感测器於软性物质表面似一个半球之圆盾, 但於底部埋入一具有超音波感测器之压电薄膜,此压电 薄膜可发出超音波讯号,经由半球之圆盾反射回压电 薄膜得到讯号,进而判别此半球元盾之位置,推算 出此时表面所受的多轴.Charles A.Amazeen,[4]如图(3) 所示:一个敏高的小型触觉感测器,用种同材 质的矽树脂浮雕,底部设置具有压阻性质的 Wheatston 电桥电用於感测,用压阻所产生的电容判断此浮
图(1)机器人握爪抓取物体示意图
图(2)半球之三维感知器
图(3)三轴之触觉感知器
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图(4)人造拇指皮肤设计示意图
σ R +σL σL
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2. 分析
本研究之触觉感测器如图(5)所示:假设在压电薄膜 (PVDF)材上面具有一橡胶结构,由此矽橡胶结构作为 传构件,有一物体置於矽橡胶结构上方,当物体接 触,移动於矽橡胶结构顶端时,可模拟成矽橡胶结构顶 部受正向 P 与侧向水平 Q,即 P 为物体之重而 Q 为物体与结构表面接触所产生之摩擦如图(5)所示:

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