[发明专利]一种基于压电传感器的柔性六维力传感器

权利要求书

1.一种基于压电传感器的柔性六维力传感器，其特征在于，包括阶梯状圆台(1)、底座(2)和压力传感器(3)；

阶梯状圆台(1)由同轴布置的上圆台和下圆台组成，下圆台直径大于上圆台；下圆台下表面与底座(3)上表面上下对接组成圆台结构，底座(3)上表面设置有十字梁凸台，下圆台下表面结构与十字梁凸台相适配；

阶梯状圆台(1)和底座(3)的对接处设置有多个压力传感器(3)。

2.根据权利要求1所述的一种基于压电传感器的柔性六维力传感器，其特征在于，十字梁凸台的四条臂上均设置有三个压力传感器(3)，三个压力传感器(3)分别位于十字梁每条臂的顶面和两侧面。

3.根据权利要求1所述的一种基于压电传感器的柔性六维力传感器，其特征在于，所述上圆台沿径向开设有贯穿上圆台的通道；通道内穿过不锈钢丝，不锈钢丝外径与通道内径间隙配合。

4.根据权利要求1所述的一种基于压电传感器的柔性六维力传感器，其特征在于，所述压力传感器(3)为压电式传感器；在压电复合薄膜上蒸镀电极后进行封装获得压电式传感器。

5.根据权利要求4所述的一种基于压电传感器的柔性六维力传感器，其特征在于，所述压电复合薄膜的制备方法为：

步骤1)将100nm粒径的无机压电材料钛酸钡纳米颗粒分散到0.01mol·L^-1多巴胺水溶液中，经过超声搅拌1h后使其被多巴胺溶液包裹均匀，再置于70℃的烘箱中干燥后得到改性后的BTO粉末；

步骤2)将改性后的BTO粉末，加入至有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，超声1h后使BTO在溶剂中分散均匀，得到BTO溶液；

步骤3)将压电聚合物P(VDF-TrFE)粉末溶解在DMF中，并与步骤2)的BTO溶液混合，经磁力搅拌2h后形成稳定悬浮液；

步骤4)将悬浮液倒入培养皿中，再置于80℃的烘箱中12h将溶剂挥发；

步骤5)最后在120℃的温度下退火处理2h去除残余溶剂以提高结晶度，得到厚度为20-30μm的BTO/P(VDF-TrFE)压电复合薄膜。

6.采用权利要求1～5任一所述柔性六维力传感器的空间六维力测量方法，其特征在于，

1)标定柔性六维力传感器：

对柔性六维力传感器施加空间六维力作为标定力，采用数据采集卡采集各个压电传感器输出的校准电压，构建空间六维力和所有压电传感器输出的校准电压之间的映射关系矩阵；

2)当柔性六维力传感器受到压力和扭转力矩，柔性六维力传感器整体产生的变形转换为压电传感器(3)的电压变化信号进行输出；根据映射关系矩阵和输出的电压信号反推计算柔性六维力传感器受到的六维力的大小。

7.采用权利要求1～5任一所述柔性六维力传感器的空间六维力测量方法，其特征在于，

1)构建DNN深度神经网络：对柔性六维力传感器施加空间六维力作为标定力，采用数据采集卡采集各个压电传感器的输出校准电压；将施加的六维力和输出的校准电压信号作为样本集，将样本集分为训练集和测试集输入DNN深度神经网络进行训练，获得训练后的DNN深度神经网络；

2)当柔性六维力传感器受到压力和扭转力矩，柔性六维力传感器整体产生的变形转换为压电传感器(3)的电压变化信号进行输出；将输出的电压信号输入训练后的DNN深度神经网络，输出得到柔性六维力传感器受到的六维力的大小和方向。