Taktilní systémy a jejich užití v biomechanice

Ing. Viktor Novák

Doctoral thesis

Tactile systems and their use in biomechanics

Abstract:

Dizertační práce dokumentuje vývoj taktilního snímače plošného rozložení tlaku SITSCAN CS, který je primárně určen pro analýzu rozložení tlaku na sedácích židlí. Po analýze dostupných technologií pro taktilní snímače tlaku bylo vybráno řešení na bázi vodivého inkoustu, tj. technologie piezorezistivní, kdy vodivý inkoust mění pod působícím tlakem svůj elektrický odpor. Na základě cíle práce byly stanoveny hypotézy vyjadřující vazbu mezi elektrickým odporem a vlastnostmi elektrod. Následně byl proveden rozsáhlý soubor měření odporových charakteristik jednotlivých elektrod s různými variantami inkoustové vrstvy. V návaznosti na tato měření jsou vyhodnoceny předložené hypotézy. Na základě výsledků těchto měření byla následně vybrána konkrétní varianta elektrody pro výrobu snímače. Jeho základem je snímací deska obsahující matici 50 x 50 elektrod. Na rozdíl od předchozího výzkumu v rámci katedry se jedná o snímač flexibilní, tj. se schopností přizpůsobit se nerovným plochám. Současně probíhal také vývoj ovládací elektroniky snímače a uživatelského softwaru pro PC, který slouží k zobrazování, analýze a ukládání naměřených dat. Po zhodnocení prototypu snímače bylo přikročeno k několika dílčím úpravám softwarové i hardwarové části směřující ke zlepšení jeho technických a mechanických parametrů. Závěrem práce je provedeno celkové zhodnocení snímače i v kontextu k dostupným komerčním řešením a jsou diskutovány další možnosti vývoje a využití předloženého taktilního snímače v technické praxi.

Abstract:

The dissertation documents the development of the SITSCAN CS planar pressure distribution tactile system, which is primarily intended for the analysis of pressure distribution on chair seats. After analyzing the available technologies for pressure tactile sensors, a solution based on conductive ink was chosen, i.e. the piezoresistive technology, where the conductive ink changes its electrical resistance under applied pressure. Based on the aim of the work, hypotheses expressing the link between electrical resistance and electrode properties were established. Subsequently, an extensive set of measurements of the resistance characteristics of individual electrodes with different variants of the ink layer was carried out. Following the measurements, the presented hypotheses are evaluated. Based on the results of these measurements, a specific variant of the electrode was selected for the production of the sensor. Its basis is a sensing plate containing a matrix of 50 x 50 electrodes. Unlike previous research within the department, it is a flexible sensor, i.e. with the ability to adapt to uneven surfaces. At the same time, the development of the control electronics of the sensor and the user software for the PC, which is used for displaying, analyzing and storing the measured data, was also taking place. After the evaluation of the sensor prototype, several partial modifications of the software and hardware parts aimed at improving its technical and mechanical parameters were carried out. At the end of the work, the overall evaluation of the sensor is carried out in the context of available commercial solutions, and other possibilities for the development and use of the presented tactile sensor in technical practice are discussed.

Keywords

taktilní senzor, síla, tlak, vodivý inkoust, vodivý elastomer

Keywords

tactile sensor, force, pressure, conductive ink, conductive elastomer

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2023

Thesis defence

• Supervisor: prof. Ing. Jaromír Volf, DrSc.
• Reader: Vladislav Singule, externi, Pavel Cyrus, externi, Jan Novotný, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Engineering

Doctoral programme / field:
Agricultural Engineering / Technology of Production Processes