随着我国残疾人特别是残肢患者人数的增加,肢残患者生活和工作能力的丧失,已成为不可回避的社会问题,采用工程学方法制造替代假肢则是目前让肢残患者回到正常生活的主要解决方案。相对于传统假肢,新一代的智能假肢需要具有人机双向互动的能力,而触觉传感器为智能假肢的人机交互提供必要的信息支持,是其获取环境信息的重要方式。本文从这一实际需要出发,在国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目"人体运动功能重建的生机电一体化科学基础"和其子课题"分布式机械刺激感知系统设计制造原理"(2011CB013303)的支持下,针对假肢机械手对触觉传感器的性能要求,提出了一种新型柔性触觉传感阵列,其特点是以聚合物复合材料所制备的有向亚微米纤维束作为敏感元件,通过沉积垂直于两个平行电极的有向纤维形成单个敏感单元,最终形成双面正交式平行触觉传感阵列。全文围绕这一目标,按照以下章节对该博士课题进行了系统研究:第1章,阐述了论文的研究背景与意义,通过对国内外文献进行综述,对人工触觉传感器研究的发展、原理分类、灵巧手集成问题进行了概述,对基于纤维材料的触觉传感器的研究现状、纤维材料制备方法进行了介绍。最后明确了本课题的主要研究内容。第2章,总结了聚合物基体的复合材料的逾渗导电理论和压敏计算方法。针对复合材料的有序纤维结构,分析了内部CNT的排布规律并建立了基于量子隧穿理论的压阻计算模型。接下来总结了静电纺丝的基本原理和一些现有可控静纺方法,并在此基础上搭建了自动静纺实验台。从理论方面和实验方面分别研究了纤维结构复合材料的逾渗阈值。最后基于正交试验方法研究了静纺主要控制参数对纤维有向性和纺丝效率的影响,并得到了最优的参数配置方案。第3章,分析了智能假肢对触觉传感的性能需求,设计了以PU/MWCNT复合材料有向纤维作为敏感元件的柔性触觉传感器,有向纤维束垂直于电极分布形成压力敏感单元。传感阵列采用双面正交式平行敏感单元阵列,经纬敏感单元各自检测单一维度的压力信息,通过两个面的信息合成获得压力大小与位置信息。根据敏感单元电阻测量需要,设计了基于Ⅰ-Ⅴ转换原理的多路高阻测量电路,实现柔性触觉传感阵列的实时检测。制备出整体厚度可以控制在1毫米以内的全柔性触觉传感阵列,并对其进行了标定实验,并完成了动静态性能测试,验证了其力分辨能力、空间分辨能力、滑动检测能力和动态响应能力。第4章,分析了触觉传感器在集成到假肢手后受到的性能影响,说明了对装载后的传感器进行标定和性能测试的必要性。针对假肢手上触觉传感阵列性能测试的特点,搭建了动静态性能测试实验台。设计了基于曲面的触觉传感器感受野测定方法,并提出了基于多点触觉传感器的压入力定位方法。通过对集成了标准压阻和压电传感器的假肢手指模型进行标定与性能测试实验,验证了测试实验台的工作性能。第5章,总结了论文的主要研究工作及创新点,说明了存在的不足之处并对未来的研究工作进行了展望。