随着虚拟现实技术的不断发展,将触觉和力觉感知引入到虚拟环境中显得越来越重要,操作者依靠它可以获得操作对象的硬度、材质、纹理等信息。现阶段国内外的触觉显示器结构复杂、体积大、不便于携带。针对这些缺点,本文采用了一种新型智能材料IPMC作为触觉显示器的致动器。IPMC在较低的电压激励下能产生较大的位移变形,作为致动器其功耗小、便于微型化、有弹性、容忍破坏。本文首先阐述了皮肤触觉感知机理、IPMC致动原理以及触觉显示器工作原理,总结出对触觉显示器研究的关键问题在于对IPMC膜电致动性能的研究。针对目前IPMC制备成本高且保水性不好的缺点,用金属Ni部分代替Pt涂覆薄膜表面电极,制备出具有Pt-Ni双金属层的Pt-Ni/Nafion材料,同时改变化学镀Ni反应中的NiSO4浓度,比较不同工艺制备出的材料保水性能和位移输出性能,确定出了一套较好的Pt-Ni/Nafion制备工艺。然后建立了IPMC电形变性能测试平台,平台包括电信号产生单元、电信号放大单元、位移测量单元、电流测量单元四个部分,讨论了IPMC膜在直流电压和正弦交流电压作用下的位移输出响应,测量了IPMC在交流电压下的内部电流,并计算分析其能量消耗。最后,本文基于皮肤触觉感知机理设计了触觉显示器,触觉显示器包括戴于指端的致动器和戴于腕部的控制电路两个部分,致动器中的IPMC结构由其振动固有频率设计得到,控制电路由红外接收头、单片机控制器、数模转换电路、放大电路四个部分组成。