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基于双对角匀强电场的柔性触觉传感器研究
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作者 张友志 吴海彬 +2 位作者 何可耀 王浩淼 叶锦华 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期17-26,共10页
触觉感知是智能装备获取外部信息,并提升自身安全和人机交互共融性能的必备手段。以静电场唯一性定理为基础,提出一种能够检测接触位置的柔性触觉传感器模型。在一柔性矩形弱导电面的四周设置连续的强导电线电极,并在对角处引入偏置激励... 触觉感知是智能装备获取外部信息,并提升自身安全和人机交互共融性能的必备手段。以静电场唯一性定理为基础,提出一种能够检测接触位置的柔性触觉传感器模型。在一柔性矩形弱导电面的四周设置连续的强导电线电极,并在对角处引入偏置激励,从而在与弱导电面的对角呈一定角度方向构建匀强电场。进一步通过对两组对角电极分时施加偏置激励,则可以分时在两个不同方向形成匀强电场。基于匀强电场中位置与电势的线性关系,通过获取弱导电面内某点的电势值进而确定该点的位置坐标,实现接触位置的检测。传感器采用三层结构,包括弱导电层,中间隔离层和信号引出层。采用COMSOL软件对导电面不同结构形状和不同接触面积对电场分布的影响进行仿真,并制作了传感器样品。仿真和试验结果表明,提出的用于检测接触位置的触觉传感器原理可行,对于100 mm×100 mm幅面大小的触觉传感器,具有较好的检测精度。 展开更多
关键词 触觉传感器 接触位置检测 匀强电场 分时激励
基于导电硅橡胶的力触觉传感器结构设计 预览
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作者 何可耀 《机械制造与自动化》 2019年第4期103-105,120共4页
基于量子力学的隧道效应,探究导电硅橡胶的压阻特性,以实验的方式拟合压力和导电硅橡胶电阻值的数学模型。根据触觉传感器压力检测方式,设计多层式传感器结构,实现外界接触力的检测,并对传感器的输出特性进行误差分析,验证了该传感器结... 基于量子力学的隧道效应,探究导电硅橡胶的压阻特性,以实验的方式拟合压力和导电硅橡胶电阻值的数学模型。根据触觉传感器压力检测方式,设计多层式传感器结构,实现外界接触力的检测,并对传感器的输出特性进行误差分析,验证了该传感器结构的合理性。 展开更多
关键词 触觉传感器 导电硅橡胶 压阻特性 柔性 复合材料
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Development of a Tactile and Slip Sensor with a Biomimetic Structure-enhanced Sensing Mechanism
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作者 Yonggang Jiang Zhiqiang Ma +3 位作者 Bonan Cao Longlong Gong Lin Feng Deyuan Zhang 《仿生工程学报:英文版》 SCIE EI CSCD 2019年第1期47-55,共9页
Tactile and slip sensors have gained tremendous attention for their promising applications in the fields of smart robotics,implantable medical devices and minimally invasive surgery.Inspired by the structure-enhanced ... Tactile and slip sensors have gained tremendous attention for their promising applications in the fields of smart robotics,implantable medical devices and minimally invasive surgery.Inspired by the structure-enhanced sensing mechanisms of human fingertips and tree frog toes,we developed a tactile and slip sensor by combining biomimetic surface microstructures with highly sensitive P(VDF-TrFE)nanofiber sensors on a flexible polyimide substrate.As the surface microstructures could mediate the micro-vibration induced by slip motion,the frequencies of output signals revealed a strong correlation with the periods of microstructures.In addition,we proposed a method to discriminate touch force from slip motion using the criterion of standard deviation of time delay from the output signals of neighboring sensor elements. 展开更多
关键词 TACTILE SENSOR SLIP detection NANOFIBER microstructure BIOMIMETIC SENSING
触觉传感器及感知技术研究现状与发展趋势 预览
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作者 浮翔 陈雪亮 +2 位作者 王琳 杜金宇 张冰 《船电技术》 2019年第4期60-64,共5页
触觉感知技术可用于对物体的探索和操作,对环境的交互作用具有重要意义。本文从介绍触觉传感器应满足的机械手操作任务要求出发,全面综述了不同类型触觉传感器的结构和工作原理,并分析了它们的优缺点。分析讨论触觉传感器在人工皮肤和... 触觉感知技术可用于对物体的探索和操作,对环境的交互作用具有重要意义。本文从介绍触觉传感器应满足的机械手操作任务要求出发,全面综述了不同类型触觉传感器的结构和工作原理,并分析了它们的优缺点。分析讨论触觉传感器在人工皮肤和生物医学领域的应用现状,最后总结了先进的机器学习算法和信号处理技术在触觉传感系统中的应用。 展开更多
关键词 触觉传感器 感知 信号处理 算法
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船-冰碰撞载荷时间历程的模型试验研究 预览
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作者 黄焱 马高强 孙剑桥 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期7-14,共8页
船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷,但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征。以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验,对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟;试验测试以主拖车拖曳船模... 船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷,但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征。以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验,对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟;试验测试以主拖车拖曳船模撞击浮冰的方式进行,碰撞过程中船体所受冰载荷由布置在船首表面的触觉传感器测得。试验发现:船-冰碰撞过程中的整体冰载荷沿船体外板的作用呈现出近抛物线的轨迹,同时,载荷经历了先上升、后下降的完整过程,最大载荷作用时刻出现在冰体最大下压弯曲变形时刻;此外,最大载荷出现的水平位置集中在1/4船宽附近,相应局部碰撞载荷的时程曲线特征以‘单峰’型形态为主。 展开更多
关键词 船-冰碰撞 冰载荷 时间历程 模型试验 触觉传感器
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基于PVDF的三维指尖力传感器设计 预览
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作者 魏健雄 万舟 +1 位作者 单阳 祝奔奔 《传感器与微系统》 CSCD 2019年第6期96-98,101共4页
在智能机械手控制过程中,为了获取指尖力三维信息,设计了一种基于聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜的指尖力触觉传感器,并通过数学模型描述了压电薄膜及传感探头原理,设计了相应的调理电路。以和接触面所呈不同角度的指尖力为测试对象。测试... 在智能机械手控制过程中,为了获取指尖力三维信息,设计了一种基于聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜的指尖力触觉传感器,并通过数学模型描述了压电薄膜及传感探头原理,设计了相应的调理电路。以和接触面所呈不同角度的指尖力为测试对象。测试结果显示:所设计的指尖力传感器能准确检测指尖力的三维信息,可用于实际的指尖力检测。 展开更多
关键词 指尖力 三维 聚偏二氟乙烯 触觉传感器
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磁致伸缩触觉传感器的输出特性研究 预览
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作者 张冰 王博文 李云开 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1157-1162,共6页
基于逆磁致伸缩效应和仿生学原理设计了一种新型的磁致伸缩触觉传感器,应用传感器可以测试机械手抓取力和目标物体刚度。根据电磁学理论、逆磁致伸缩效应和胡克定理,建立了触觉传感器的接触力检测模型和刚度检测模型。制作了磁致伸缩触... 基于逆磁致伸缩效应和仿生学原理设计了一种新型的磁致伸缩触觉传感器,应用传感器可以测试机械手抓取力和目标物体刚度。根据电磁学理论、逆磁致伸缩效应和胡克定理,建立了触觉传感器的接触力检测模型和刚度检测模型。制作了磁致伸缩触觉传感器,通过磁场调节装置优化了传感器结构,确定了接触力检测和刚度检测方法。对传感器的输出特性进行了理论分析和实验验证。结果表明,在偏置磁场为2.56kA/m时,传感器在0~1 N接触力下有较高的灵敏度,输出电压相对于未施加力时的最大变化值为22.8mV。该传感器具有结构简单、性能稳定等优点,可以满足机械手对触觉精确感知的要求。 展开更多
关键词 磁致伸缩 触觉传感器 接触力检测 刚度
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应用于人工皮肤的压电驻极体触觉传感阵列研究 预览
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作者 于新华 曹江浪 +2 位作者 于雷 李光林 方鹏 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期63-67,73共6页
基于聚丙烯压电驻极体(Piezoelectret)设计了一种应用于人工皮肤的触觉传感器。该传感器具有柔性良好、压电效应稳定、制备简单、成本低廉等特点。通过触压、滑动、同时触压与滑动、恒定力重复触压等实验,可观察到该传感器对不同触觉信... 基于聚丙烯压电驻极体(Piezoelectret)设计了一种应用于人工皮肤的触觉传感器。该传感器具有柔性良好、压电效应稳定、制备简单、成本低廉等特点。通过触压、滑动、同时触压与滑动、恒定力重复触压等实验,可观察到该传感器对不同触觉信号具有明显的特征差异,且阵列传感器的信号检测稳定性比单路传感器高40%。将该传感器置于假肢手指前端反馈触觉信号,并根据触觉信号调控假肢手的抓握力,可实现对易脆和光滑物体的稳定抓握。 展开更多
关键词 人工皮肤 触觉 压电驻极体 柔性传感器 假肢手
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一种简单的电容式三维力柔性触觉传感器设计 预览
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作者 张淑艳 张金红 赵立蕊 《电子器件》 北大核心 2018年第1期95-99,共5页
随着机器人智能化程度不断提高,机器触觉和机器视觉技术均得到了很大发展,但是目前大部分触觉传感器均不能满足触觉感知应用的要求。因此,提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器。该传感器能够将力量变化转化为两绝... 随着机器人智能化程度不断提高,机器触觉和机器视觉技术均得到了很大发展,但是目前大部分触觉传感器均不能满足触觉感知应用的要求。因此,提出了一种新型的具有滑觉检测功能的柔性三维力触觉传感器。该传感器能够将力量变化转化为两绝缘层间的气隙变化,进而引起电容发生变化。然后将接触力建模为实测电容的多项式函数,对传感器输出进行校正进而实现法向力测量和滑动检测。测试结果显示,提出的传感器能够以较高的精确度测量法向力,重复性好,并且能够检测滑动现象,在0~100 mN测量范围内的法向灵敏度约为0.4 pF/N,均方根误差为1%。此外提出的传感器结构简单、成本较低,易于大规模生产和应用。 展开更多
关键词 机器人 触觉传感器 柔性 电容传感器 滑觉检测 力值测量
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柔性阵列电容式触觉传感器设计与实验 预览
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作者 刘今越 刘秀丽 +2 位作者 肖杰 贾晓辉 郭士杰 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2018年第12期19-24,共6页
针对现有柔性触觉传感器柔性差、结构和加工工艺复杂等问题,设计了一种可用于智能机器人和健康监测领域中的柔性阵列电容式触觉传感器。传感器由上电极层、下电极层和中间介电层构成,每个电极层上有多个平行带状电极,且上下层电极互相垂... 针对现有柔性触觉传感器柔性差、结构和加工工艺复杂等问题,设计了一种可用于智能机器人和健康监测领域中的柔性阵列电容式触觉传感器。传感器由上电极层、下电极层和中间介电层构成,每个电极层上有多个平行带状电极,且上下层电极互相垂直,电极垂直交叉点形成阵列传感器单元。介绍了柔性阵列电容式触觉传感的理论基础和结构设计,并根据阵列结构建立了信号采集和处理系统。实验证明,该柔性阵列电容式触觉传感器和信号采集系统有很好的稳定性和准确性,可获得其表面的压力分布情况,并可在上位机中图形化呈现。 展开更多
关键词 触觉传感器 柔性 阵列电容 导电橡胶
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压阻式触觉传感器对法向力和剪切力的检测 预览 被引量:1
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作者 许玉杰 孙英 尹泽楠 《传感器与微系统》 CSCD 2018年第3期110-111,114共3页
灵活的触觉传感器应该具有像皮肤一样的功能,能够检测施加力的大小和方向。改进的压阻式触觉传感器,主要由中心芯和4个侧壁组成,法向力和剪切力的感测元件不同。将压阻式触觉传感器嵌入到一个聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体中,以实现力... 灵活的触觉传感器应该具有像皮肤一样的功能,能够检测施加力的大小和方向。改进的压阻式触觉传感器,主要由中心芯和4个侧壁组成,法向力和剪切力的感测元件不同。将压阻式触觉传感器嵌入到一个聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体中,以实现力的柔性检测。通过仿真分析,得到此种触觉传感器对法向力的检测范围为600 Pa~65 k Pa,可测得的最小剪切力为900 Pa。通过进一步分析,得到施加法向力和剪切力时法向力感测元件阻值的变化曲线,可得此种触觉传感器能够有效降低法向力感测元件与剪切力感测元件之间的干扰。所开发的触觉传感器可以灵活检测施加的法向力和剪切力,可应用于机器人手臂和假肢上。 展开更多
关键词 触觉传感器 压阻式 法向力 剪切力
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船-冰碰撞的模型试验方法研究 预览
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作者 黄焱 郭晓辉 孙剑桥 《中国造船》 CSCD 北大核心 2018年第3期46-59,共14页
为揭示船-冰碰撞过程中冰载荷的时空演变历程,对模型试验方法进行探索和研究。在对船-冰碰撞过程与相关规范技术背景进行分析的基础上采用触觉式压力传感系统,实现了对船-冰碰撞载荷的辨识、整体作用轨迹的勾勒,及载荷局部空间分布... 为揭示船-冰碰撞过程中冰载荷的时空演变历程,对模型试验方法进行探索和研究。在对船-冰碰撞过程与相关规范技术背景进行分析的基础上采用触觉式压力传感系统,实现了对船-冰碰撞载荷的辨识、整体作用轨迹的勾勒,及载荷局部空间分布与时间历程特征的提取。然后通过对试验参数的逐级率定,形成了完备的船-冰碰撞模型试验方法。试验数据表明,在船-冰碰撞的冰水池模拟中,宜采用船体固定拖曳撞击自由漂浮冰体的模拟方式,撞击位置宜设定在船体的首柱附近区域,浮冰质量至少为1.5倍的船体排水量,浮冰边缘角度以90°为宜。论文提出的局部载荷空间分布与时间历程特征的测试与提取方法可为今后船-冰碰撞载荷时空演变规律的深入认识提供参考。 展开更多
关键词 船-冰碰撞 冰载荷 模型试验 触觉传感器
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微圆顶阵列结构柔性触觉传感器设计与应用研究 预览
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作者 郭小辉 黄英 +2 位作者 刘彩霞 刘平 马渊明 《电子科技大学学报》 CSCD 北大核心 2018年第1期153-156,共4页
以质量分数3%和2%的炭黑/碳纳米管填充硅橡胶为力敏复合导电材料,提出了一种微圆顶阵列结构的柔性触觉传感器.阐述了微圆顶阵列结构触觉传感器的结构特点、制备流程及微观表征,并结合ANSYS有限元分析软件分析其触觉感知机理.研究该微圆... 以质量分数3%和2%的炭黑/碳纳米管填充硅橡胶为力敏复合导电材料,提出了一种微圆顶阵列结构的柔性触觉传感器.阐述了微圆顶阵列结构触觉传感器的结构特点、制备流程及微观表征,并结合ANSYS有限元分析软件分析其触觉感知机理.研究该微圆顶阵列结构柔性触觉传感单元的力敏特性,并将其应用于足底压力分布感知.测试结果表明,该微圆顶阵列结构柔性触觉传感器具备良好的力敏特性和穿戴舒适性,为柔性可穿戴触觉传感器提供了一种设计方案. 展开更多
关键词 导电复合材料 足底压力 微圆顶阵列 触觉传感器 可穿戴
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电容式柔性触觉传感器的研究与进展
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作者 孙英 尹泽楠 +1 位作者 许玉杰 刘非 《微纳电子技术》 北大核心 2017年第10期684-693,共10页
通过分析电容式触觉传感器的基本工作原理与研究热点,指出了电容式触觉传感器在结构设计中存在着难以兼顾分辨率、测量精度和灵活性的关键问题。参照电容式触觉传感器内的微电容结构,从微电容的电极层、介质层和整体结构等三个方面出... 通过分析电容式触觉传感器的基本工作原理与研究热点,指出了电容式触觉传感器在结构设计中存在着难以兼顾分辨率、测量精度和灵活性的关键问题。参照电容式触觉传感器内的微电容结构,从微电容的电极层、介质层和整体结构等三个方面出发,介绍了国内外电容式柔性触觉传感器近年来在新材料应用、新工艺引入、结构设计和三维力检测等方面的研究进展,提出可调节测量范围与灵敏度的触觉传感器将是进一步研究的热点。最后结合电容式柔性触觉传感器的实际应用,指出了未来的电容式触觉传感器正朝着微型化、集成化、透明化与多功能化等方向发展。 展开更多
关键词 触觉传感器 柔性 微电容 电极 介质材料 灵敏度
机器人触觉传感器的设计及标定测试 预览
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作者 冷明鑫 宋爱国 《电气电子教学学报》 2017年第5期62-65,共4页
本文介绍了一种典型的毕业设计工作,以传感器技术为基础,设计一种基于导电橡胶的柔性阵列式触觉传感器,构建完整的数据检测、分析和应用系统并进行标定测试,实现了对压力检测,应用于小型机械臂控制系统中。
关键词 毕业设计 触觉传感器 系统设计
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纹理识别触觉传感器的设计与实现 被引量:1
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作者 闫岩 谢文遨 +1 位作者 张远航 张春 《微电子学与计算机》 CSCD 北大核心 2017年第12期59-62,共4页
为了解决机器人手指在抓取物体时无法识别其表面纹理信息的问题,设计了一种基于视觉的纹理识别触觉传感器.该传感器的硬件部分包括弹性体、照明装置和摄像头,而算法部分则是直接运用旋转不变LBP算法将拍摄到的纹理图像进行计算识别... 为了解决机器人手指在抓取物体时无法识别其表面纹理信息的问题,设计了一种基于视觉的纹理识别触觉传感器.该传感器的硬件部分包括弹性体、照明装置和摄像头,而算法部分则是直接运用旋转不变LBP算法将拍摄到的纹理图像进行计算识别.为了加快传感器的速度并拓宽其适用范围,将算法移植到硬件电路并在FPGA上进行了验证.实验结果证明该传感器不仅可以识别包括指纹、皮革、织物、纸张等在内的12种纹理,而且可以达到24f/s帧率的实时性处理. 展开更多
关键词 纹理识别 触觉传感器 硬件电路 机械手
基于触滑觉感知的智能假肢抓握控制方法研究 预览
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作者 刘畅 张小栋 +1 位作者 李瀚哲 郭健 《计算机测量与控制》 2016年第12期85-88,92共5页
触觉和滑觉感知功能是仿生假手不可或缺的感知功能;在原有智能假肢的基础上,通过对触滑觉感知方法的研究,包括触滑觉传感器的选型、后续测量电路的设计和测点布局分析等,开发了一种可以同时实现触觉和滑觉感知的智能假肢;进而,通... 触觉和滑觉感知功能是仿生假手不可或缺的感知功能;在原有智能假肢的基础上,通过对触滑觉感知方法的研究,包括触滑觉传感器的选型、后续测量电路的设计和测点布局分析等,开发了一种可以同时实现触觉和滑觉感知的智能假肢;进而,通过模糊逻辑控制方法的引入,实现了假肢的可靠抓握功能及抓握保持过程中的自适应响应控制;实验结果表明,该智能假肢可以实现假肢抓握的稳定控制,并在被抓握物体产生滑动时进行精准快速的自适应响应控制。 展开更多
关键词 触觉传感器 滑觉传感器 模糊控制
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High precision intelligent flexible grasping front-end with CMOS interface for robots application
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作者 Xiaohui HU Xu ZHANG +7 位作者 Ming LIU Yuanfang CHEN Peng LI Jialin LIU Zhaolin YAO Weihua PEI Chun ZHANG Hongda CHEN 《中国科学:信息科学(英文版)》 SCIE EI CSCD 2016年第3期172-182,共11页
This paper presents a high-precision intelligent flexible robot grasping front-end with an integrated capacitive tactile sensor array and a conditioning chip. The capacitive tactile sensor is the primary part of the f... This paper presents a high-precision intelligent flexible robot grasping front-end with an integrated capacitive tactile sensor array and a conditioning chip. The capacitive tactile sensor is the primary part of the front-end, it determines the overall performance. The micro-needle array sandwich structure in the tactile sensor increases the repeatability and stability, and ensures the sensitivity. The assembled sensor exhibits a saturation at 10.53 N(421 k Pa) with a sensitivity of 1.9%/k Pa. Furthermore, a conditioning chip is utilized in a custom readout interface to achieve better performance by reducing signal attenuation, and to increase the compatibility of the front-end. The chip is optimized for the parasitic shunt capacitance in the capacitor array. A dual bidirectional charge-discharge conversion method and a two-port detection method are matched to achieve the goal of reducing the shunting influence, and attenuating the offset voltage or the noise input effects. A prototype of the interface has been fabricated using 180-nm CMOS technology. Sensor with the value of 0.5 p F shunted by capacitors of 47 p F has been detected with an error of 1% within 100 μs. 展开更多
关键词 CMOS技术 S接口 高精度 机器人应用 前端 智能 传感器阵列 触觉传感器
基于光学的触觉传感器电路设计 预览
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作者 张贵相 郭峰 张春 《传感器与微系统》 CSCD 2016年第4期70-72,共3页
相较于电信号触觉传感器,基于光学的触觉传感器性能更好,受外界环境影响小,抗干扰性能更高。触觉传感器以弹性材料模拟人体皮肤,在弹性材料内部有标记点阵列。用摄像头拍摄标记点的图像,通过测量弹性材料受力发生形变时标记点阵列的位... 相较于电信号触觉传感器,基于光学的触觉传感器性能更好,受外界环境影响小,抗干扰性能更高。触觉传感器以弹性材料模拟人体皮肤,在弹性材料内部有标记点阵列。用摄像头拍摄标记点的图像,通过测量弹性材料受力发生形变时标记点阵列的位移情况来求解出力的分布情况,进一步计算出触觉信息。传感器采用EP4CGX30为主处理芯片,采用双层电路堆叠的方式实现,总尺寸为40 mm×20 mm×15 mm。 展开更多
关键词 触觉传感器 光触觉 标记点
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可穿戴式电子织物仿生皮肤设计与应用研究 预览 被引量:9
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作者 郭小辉 黄英 +2 位作者 毛磊东 刘彩霞 刘平 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期938-944,共7页
为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度,提出了一种电容式柔性织物压力传感器,采用丝网印刷工艺,以织物为柔性基体,炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理,研究了炭黑含量... 为满足电子仿生皮肤的穿戴舒适度,提出了一种电容式柔性织物压力传感器,采用丝网印刷工艺,以织物为柔性基体,炭黑填充型复合弹性电介质和有机硅导电银胶制备柔性压敏触觉单元。介绍了压敏单元的结构设计与感知机理,研究了炭黑含量与温度对织物触觉单元性能的影响,改善了该电子织物的输出线性度与重复性,实现了0—700kPa量程范围迟滞误差为5.6%,动态响应时间为89ms,灵敏度为0.02536%/KPa,同时,引入温度补偿以提升触觉感知准确性。通过将织物压敏单元应用于足底压力信息的时空分布研究和机械手的软抓取实验,其足底压力分布及触觉感知实验结果表明,该电容式柔性织物压力传感器具有良好的工作稳定性与触觉感知功能,为可穿戴式人工皮肤的研究提供了一种设计方案。 展开更多
关键词 电子织物 触觉传感器 仿生皮肤 电容式织物传感器 可穿戴
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