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作者(中文):莊士德
作者(外文):Chuang, Shihte
論文名稱(中文):偏移電容式觸覺感測器之誤差分析與電極設計改良
論文名稱(外文):Error Analysis and Improvement of Electrode Design for Shifted-Capacitor Tactile Sensors
指導教授(中文):陳榮順
指導教授(外文):Chen, Rongshun
口試委員(中文):羅丞曜
陳宗麟
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學號:101033541
出版年(民國):103
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:觸覺感測器誤差分析側向力角度
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  目前軟性觸覺感測器大多只能量測正向力與軸向的側向力,對於感測器而言,如能準確測得側向力的施力方向,則可使得元件具有更多操作應用上之選擇。本研究旨在建立偏移電容式觸覺感測器之誤差分析模型,藉由推導製程與元件作動過程,分析元件於側向力檢測功能。並藉由分析結果進行改良,以能更準確地測得側向力之方向角度與降低隨機誤差為目的。
  誤差分析方面首先著重於找出造成偏移式電極設計在經由多重物理量耦合分析軟體(COMSOL)模擬,以及元件實際量測數據上,分別與理論計算間產生誤差之原因,並依此結果改良偏移式電極之設計,使元件在檢測側向力施力角度上可達到更精確之目的,以應用於觸控面板上。
  感測器將以PET、PDMS等具有可撓性之材料為基板與結構層,ITO為材料製作電極,完成之偏移電容式觸覺感測器將以演算法、模擬以及實驗量測等方法對感測器之效能進行驗證。量測將對元件施以不同方向之側向力,以及模擬不同貼合誤差之情形,並使用數位電容轉換器進行電容測量,進行角度換算,以檢測對於角度量測誤差和隨機誤差上之改善。
摘要 I
致謝 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究動機與目標 10
1.4 論文架構 13
第二章 角度量測之誤差分析 14
2.1 角度誤差之來源分析 14
2.1.1 電容式感測器設計示意圖 15
2.1.2 角度量測方法 16
2.1.3 造成角度量測誤差之原因 16
2.2 角度誤差之影響 19
2.2.1 偏移貼合誤差 19
2.2.2 旋轉貼合誤差 23
2.2.3 感測器上下電極間距改變對角度誤差之影響 27
2.2.4 角度誤差變化公式 31
2.3 新型結構及改良方案 36
2.3.1 旋轉貼合誤差改善結果 37
2.3.2 貼合誤差耦合情形之改善 39
第三章 電極設計及其功能模擬 41
3.1 平行電容板理論值推導 41
3.2 新型電極設計 43
3.3 角度演算法 46
3.4 模擬結果 48
3.4.1 正向力之模擬結果 49
3.4.2 角度模擬結果 50
3.4.3 側向力角度結果分析 59
第四章 元件製作 61
4.1 製程說明 61
4.2 電極製作 64
4.3 非電極製作 66
4.4 多層對準與貼合 67
第五章 量測結果與討論 71
5.1 實驗平台 71
5.2 量測結果 73
5.2.1 角度量測 73
5.2.2 角度誤差改善之結果 78
第六章 結論與未來工作 85
6.1 結論 85
6.2 未來工作 86
參考文獻 87
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[26] 簡于涵,“於曲面下操作之軟性觸覺感測器特性分析",國立清華大學動力機械工程學系碩士論文,2013。
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