南台科技大學 101 學年度微機電系統 報告

南台科技大學101 學年度微機電系統報告49914033 陳柏文49914041 許庭瑋 49914095 蔡宗霖49914096 高榮鴻 49914093 郭建成

多壁碳納米管 使用觸覺感應器的檢測• 摘要• 觸覺感應器，通過 DW 系統沉積在導電奈米複合材料之間。多壁碳奈米管在一個奈米複合材料的聚合物，該聚合物的壓阻特性。實驗使用 DW 系統能夠精確地創建並帶入

polyurethane substrates 的感應器元件之間。從實驗結果看，一些感應器像高度拉伸的感應器。實驗也說明，感應器能夠檢測施加的力在不同的位置的表面上進行。通過檢測到的信號的頻率成分，受到了較大的接觸，其特徵在於存在高頻率的功率譜密度的過程中所引發的機械振動。最後，可以得出結論，研究表明提供令人信服的證據表明所建議的材料，製備和表徵方法看好兼容觸覺傳感器。從這些實驗中測量相鄰導電條證明兩件事情。第一 : 力量可以再不同的位置表面被感應器量測 第二 :這有可能去辨別滑動與無滑動。

前言• 感應器和制動器是必要的機器人智能與環境互動如果沒有檢測和測量應用的能力，任何機器人靈巧操縱對象是有限的。• 感應器都表現出了很大的潛力，不僅在機器人系統，但在許多其它應用中，例如醫療工具，食品加工等行業。有幾種類型的感應器如基於 MEMS 技術的接觸感應器，光學接觸感應器 電磁感應器，觸覺感應器，壓電觸覺感應器和電容式觸摸感應器。矽感測器使用平凡，因為它顯示出良好的靈敏度，高空間分辨率，可靠的響應和低串擾。• 觸覺感應器。感應器的靈活性可以在製造過程中增加通過添加化合物使用

polyurethane substrates 層作為連接材料• 之間的矽膜片的感應器，還可以提高感應器的靈活性。另一種方法是使用可壓縮的柔性導電線作為感應材料，以增加• 觸覺感應器的尺寸和靈活性。在這種方法中，柔性片材被夾在由導電條。• 這些感應器提供良好的柔韌性，在一個大的面積，它們的響應，空間在大面積上的分辨率，和感應器的大小是有限的。控制尺寸和自由形式設計的感應器和他們的元素這些感應器的其他限制。開發的柔性化合物電容觸覺傳感器使用 MEMS技術，在電容器元件被嵌入於 PDMS 層。

• Materials( 材料 )• 接觸感測器是建立在柔性和導電性的機械材料 , 為了製作導電材料 , 高拉伸性 ,強度 monofunctional acrylate

monomer東西被 prepolymer矩陣使用 , 使用磁力攪拌棒來保持 3 wt% 化合物光罩的平衡 , 為了增加導電性加入多於 85wt% 的 ,直徑用 10~30 奈米和長度 5~20um放進化合物的基體 , 在超音波處理問題解決了 ,

Direct-write system(DW 系統 )

• 電腦控制 DW 系統是被發展在螺旋驅動上，安裝 xyz 有500 奈米平移的高精度 4腳光學和高能量的紫外光，周圍安裝了探頭可以直接固定分配材料，如圖 2 所示的 DW 系統

• 這是由 xyz軸，微分配裝置，和固定體系組成的控制系統 ,控制 xy軸的速度，而頂端和基板的間隙距離，調整速度是依照輸入的電壓 ,探頭使用高精度，而用 dw 系統發展形狀感測器，它不僅利於傳統科技，用微機電的加工方式去產生表面感應元件。

• Fabrication of compliant tactile sensors( 製造接觸感測器 )• 調整參數是很重要的 , 以達到要求的尺寸和分辨，根據輪廓的準確性和正確性的沉積材料，根據 DW 系統的參數 , 性質 , 尺寸，流速，速度，前端間隙距離，與表面因素都需要精確調整，圖1 顯示了實驗，以評估對上述參數的影響。• 要完成建議實驗，發展DW 系統被用來分配多壁碳納米管。建立電線直接通過紫外光。然後，隨機選擇3 條寬度相同的線測量 , 實驗要重複 4次，來求得平均的參數。為了在實驗中維持精準的間隙，實驗前都會使用 2 種不同儀表來校正，運用表一的參數，感測器的製造方式如圖所示 , 上層和下層都是由

polyurethane組成，然後在兩層之間有一條導電線，工作原理就是，電阻的變化而得知施力的大小。• 收發器的傳輸器控制風扇。紅外線感測器的開啟，判斷是否有人，如有感測到人體就繼續的偵測並保持風扇的開啟，如沒有偵測到人體發射出的紅外線，就自動關閉風扇。

• Evaluation of compliant tactile sensors( 評價感測器 )• 每個導電條在感測器的測量阻抗5 米的順序由於導體的電阻的長度，每個導電的阻抗是依賴於當施加一個力傳感器帶內如有變更，彎曲和改變每個條帶的長度。電阻器相媲美，阻抗被放置在一系列的每個導電條，每個導體組成一個半的惠斯登電橋。每個半橋測量的電壓與 MATLAB / Simulink 的與實時Windows目標內核。• 觸覺傳感器的校準按在每個碳納米管 / 聚合物複合鋼帶與 LSP-10稱重感測器來衡量的力量，而從每個半橋測量產生的電壓變化。進行實驗，為進一步評估感測 器說明能力，在不同的點上測量力表面之間的滑移和防滑的分辨能力觸覺事件。用於檢測滑移的原理是基於這樣的事實，高頻機械振動時，會出現一個對象單反對另一個對象。這些振動，其特徵在於在頻域的各種對象：鋼，鋁，塑料，和人類的指尖。這些對象除去從觸覺傳感器的表面（無滑移）然後還對傳感器的表面滑動。中的差異兩個類之間的觸覺事件頻域其特徵在於用快速傅立葉變換（FFT）。該 FFT 進行在 MATLAB 中原始的，未經過濾的電壓記錄說明不同的半惠斯登電橋的輸出之間的滑移和防滑的在頻域中的事件。在另一組實驗中，一個人的指尖滑動向上和向下沿垂直的傳感器表面的的多壁碳納米管 / 聚合物的導電條。然後，將各碳納米管 / 聚合物複合材料是個別迅速按下在不同的時間的兩倍。由此產生的電壓尖峰三從這些實驗中測量相鄰導電條證明兩件事情。首先，力可以測量不同的位置的傳感器的表面上具有低串擾和第二，它是未能區分滑爽性和防滑的事件。

• 由於缺乏經濟的，靈活的和機械兼容的觸覺傳感器，混合 DW 製造工藝開發製作符合觸覺傳感器。 Amicrodispensing 的 DW 系統的開發和分配參數創建一個預定的電線進行了實驗研究大小。多個傳感器所產生的柔性導電一個上了一層碳納米管 / 聚合物複合線聚氨酯橡膠。能夠被施加到傳感器上的力量一貫測量。該傳感器也被證明是敏感在滑移過程中發生的機械振動。這些防滑事件可區別於顯示與FFT防滑事件更大的高頻率功率譜密度表徵滑事件。四極切比雪夫濾波器的設計來放大滑移，以區分這兩個過程中發生的振動類的觸覺事件。因此，可以得出結論，所建議的材料和製造傳感器系統是有希望的已開發的傳感器具有廣泛的應用範圍，靈巧操縱機器人和假肢。一個高分辨率的微膠DW 系統的發展通過所分配的直接固化的光學系統的設計材料是未來工程，以產生更可靠的觸覺傳感器具有更好的靈敏度。探索方法和材料有更大的靈活性，以實現高的導電性是另一個研究領域。也可以開發符合觸覺傳感器包含在多個層中的傳感器元件。例如，一個層導電導線垂直於另一個層導電可將導線上創建的第二聚氨酯層可以然後將所涵蓋的另一聚氨酯層。此概念多層兼容的觸覺傳感器，可以提供更好的靈敏度和方向性的作用力。據預計，多層傳感器靈巧機器人等領域將是有益的操作和假肢。對於這樣的應用，一種混合的多材料，多尺度製造過程建立高分辨率的傳感器元件和包裝傳感器與電線連接到嵌入式數據採集設備也正在研究中。

參考資料• Contents lists available at SciVerse ScienceDirect• Sensors and Actuators A: Physical• journ al hom epage: www.elsevier.com/locate/sna • Force and slip detection with direct-write

compliant tactile sensors using multi-walled carbon nanotube/polymer composites