物体識別のための圧電素子を有する多機能型接触センサの性能評価

用于物体识别的压电元件多功能接触传感器性能评估

基本信息

批准号：
17760339
负责人：
木本晃
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Saga University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760339/
关键词：
圧電セラミックス静電容量伝播時間積層型構造

项目摘要

本研究は、ヒトの優れた皮膚感覚を模倣した触覚センサの確立を目的としている。これまでに、材質識別とともにその厚さや硬さ等の複数の情報を検出するための新しい接触センサとして、圧電素子を有する多機能型接触センサを提案した。本研究では、圧電素子を有する多機能型接触センサにより、これまでの材質識別とその厚さ検出において得た成果に加え、材質の硬さ・軟らかさの検出を行い、提案センサの性能の評価を行うことを目的としている。本年度は、昨年までに得られた成果をもとにセンサ構造の改良を図り、材質識別を含めた測定対象の硬さ・軟らかさ検出の精度向上を図った。センサ構造は、4つの圧電セラミックスを半円筒型表面に配置し、その上部に平行平板電極を設けた積層型構造である。接触表面の並行に配置した一対の圧電セラミックスで対象の超音波及び電気特性を測定することでその材質識別とその厚さを検出し,表面の湾曲部に配置した圧電セラミックス及び上部に配置した平行平板コンデンサにより静電容量を測定することで硬さ・軟らかさを検出しようとするものである。測定試料は、3種類の材質及び厚さと4種類の硬さの異なるシリコンゴムを用いた。結果より、平行平板コンデンサを上部に配置した積層型構造により硬さ・軟らかさの検出能力の向上を図ることが出来た。次に、圧電セラミックスを用いた静電容量測定とその比誘電率との関係について調べた。実験として、3種類の比誘電率の圧電セラミックス電極とアクリル樹脂を挟んだステンレス電極を1対ずつ用意し、4種類の測定試料についてそれぞれ静電容量を測定した。結果として、測定試料に対して圧電セラミックスの比誘電率が高くなると静電容量の測定精度が低下した。しかしながら,比誘電率が低い圧電セラミックス及び高い比誘電率でも測定方法を工夫することによって十分な精度を持って静電容量の測定が可能であることが分かった。

这项研究旨在建立一种模仿人类良好皮肤感觉的触觉传感器。到目前为止，我们已经提出了一种带有压电元件的多功能接触传感器作为一种新型接触传感器，用于识别材料并检测其厚度和硬度等多种信息。在这项研究中，除了迄今为止使用带有压电元件的多功能接触式传感器在材料识别和厚度检测方面取得的成果外，我们还将检测材料的硬度和软度并评估所提出的传感器的性能。就是要做到以下几点。今年，我们的目标是在去年取得的成果的基础上改进传感器结构，提高被测物体硬度和软度的检测精度，包括材料识别。传感器结构为半圆柱表面上排列四块压电陶瓷的叠层结构，顶部为平行板电极。与接触面平行放置的一对压电陶瓷测量物体的超声波和电气特性，以识别其材料并检测其厚度，它试图通过使用平板电容器测量电容来检测硬度和柔软度。使用的测量样品是由三种不同材料制成的硅橡胶，具有不同的厚度和四种硬度。结果表明，采用顶部放置平行板电容器的堆叠结构可以提高检测硬度和软度的能力。接下来，我们研究了使用压电陶瓷的电容测量与其相对介电常数之间的关系。在实验中，我们准备了一对具有三种不同介电常数的压电陶瓷电极和一个夹有丙烯酸树脂的不锈钢电极，并测量了四种测量样品中每一种的电容。结果，随着压电陶瓷相对于测量样品的介电常数增加，电容测量的精度降低。然而，发现即使对于具有低相对介电常数和高相对介电常数的压电陶瓷，通过设计测量方法也可以以足够的精度测量电容。