力敏Z元件的研究及在触觉传感器上的应用

介绍一种新型力敏元件Z元件的制备、机理和特性。并阐述了用力敏Z元件研究触觉传感器的前景和特点     

可连续检测三维力的人工皮肤简介

触觉是生物获取外界信息的一种重要的知觉形式,通过触觉可获知目标物体的多种物理信息,如目标物的形状、表面硬度、粗糙度、纹路、抖动等信息,凶此相关触觉传感器的研究一直引起各国相关学术界和工业界的广泛关注。     

压阻式触觉传感器对法向力和剪切力的检测

灵活的触觉传感器应该具有像皮肤一样的功能,能够检测施加力的大小和方向.改进的压阻式触觉传感器,主要由中心芯和4个侧壁组成,法向力和剪切力的感测元件不同.将压阻式触觉传感器嵌入到一个聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性体中,以实现力的柔性检测.通过仿真分析,得到此种触觉传感器对法向力的检测范围为600 Pa~65 kPa,可测得的最小剪切力为900 Pa.通过进一步分析,得到施加法向力和剪切力时法向力感测元件阻值的变化曲线,可得此种触觉传感器能够有效降低法向力感测元件与剪切力感测元件之间的干扰.所开发的触觉传感器可以灵活检测施加的法向力和剪切力,可应用于机器人手臂和假肢上.     

触觉传感技术述评

测量被测物和传感器之间触觉参数的触觉传感器是近年来才迅速发展起来的传感器件。它可感受众多的物理特性。检测所测物存在或不存在就是一种最简单的双态触觉传感器;较复杂的触觉传感器则由一个持续采样的二维排列的传感点组成。此类传感器可提供被测物的诸如尺寸、形状、位置、导热性和力的分布等数据。 触觉传感器的维度根据各个传感点的空间排列而定,可分为三种基本类型:     

柔性触觉传感器主要技术

结合理论分析和文献报道对现有柔性触觉传感器的主要技术进行了归纳总结,主要包括微机电系统(MEMS)的压阻原理,通过惠斯顿电桥将力转换成电量的基本原理,基于新型材料聚偏二氟乙烯(PVDF)的压电特性,电介质的力学性质与电学性质的耦合作用,以及基于导电橡胶的柔性触觉传感器导电机理和压阻效应。概述了3种主要技术物理特性,总结了3种主要技术应用在柔性触觉传感器上的优缺点和在各个领域上的实际应用,提出了触觉传感器一些有待解决的问题和研究方向。     

集成触觉传感器阵列

触觉传感器可以探测到被接触物体的状态、图象、硬度等信息,是机器人操作和控制的基础。本文介绍了触觉传感器的信息构成、集成触觉传感器的阵列结构及信号处理系统,指出了在集成触觉传感器研究中亟待解决的问题。     

基于新型多模态触觉传感器的机器人交互物体分类

多模态传感融合对于机器人探索外界环境十分重要,而现有的触觉传感器只能收集一种触觉模态信息,其收集到的多模态信息存在弱配对问题,为了解决此问题,研究了一种基于触觉和视觉融合的多模态触觉传感器。该传感器可以利用一个感知层同时收集2种异构触觉模态信息,弥补了传统触觉传感器的缺陷,同时可以利用收集到的多模态信息对不同物体的几何形状进行分类,在研究过程中,通过按压实验收集了圆形、正方形、长方形和三角形4种形状物体的触觉信息,再利用K最近邻(KNN)算法进行几何形状分类,实验结果证明了该传感器在区分不同物体的形状上具有良好的效果。     

面向ERT大面积触觉传感的自适应优化成像方法

在动态的非结构化环境中,有效地感知物理接触对于智能机器人安全交互至关重要。为了能够检测各种潜在的物理交互,需要在机器人表面部署大面积触觉传感器。目前,现有的大面积触觉传感器主要是通过传感阵列方式实现的,但是大规模部署传感元件在实际应用中存在巨大挑战。电阻层析成像（Electrical Resistance Tomography,ERT）技术作为一种连续传感方式,有望克服传统触觉传感阵列的一些限制。为此,利用ERT设计了一款新型的大面积触觉传感器。在此基础上,提出了一种基于自适应感兴趣区（Region of Interest,ROI）的图像重构算法,将图像重构限制在交互区域内,以提高传感器的空间分辨率。为了验证提出成像算法的有效性,通过仿真与物理实验对其进行了全面评估。实验验证了该算法可以有效提高触觉传感器在交互区域的空间分辨率,使其具有较高的测量精度。实验结果表明,该传感器的平均定位误差为0.823 cm,能够准确地识别8种不同交互模式,其精度高达98.6%。这一研究工作表明,该传感器为机器人具身触觉传感的实现提供了一个新的解决方案。     

基于卷积神经网络的软硬触觉感知方法研究

智能机器手的应用已经遍布医疗、军工、农业及装配行业等领域.软硬作为物体的重要物理属性之一,对机器手的抓取控制物体有重大影响.在深度学习框架下,基于卷积神经网络提出了用于触觉感知的软硬物体的识别方法.使用薄膜压力传感器采集手指按压软硬物体的数据,建立训练和测试数据集,在Caffe中训练网络,以模拟触觉识别软硬物体.实验结果显示:对软硬物体的识别准确率达94.52%,表明,卷积神经网络对于识别软硬物体有比较好的分类效果.     

传感器应用电路四例

一、结露传感器电路结露传感器是利用结露元件电阻的增加(正特性)与减少(负特性)来检测物体表面的结露。主要用在汽车驾驶室玻璃窗的模糊度与器皿等漏水的检测上。结露传感器分正特性与负特性两种。表1所列是两种不同结露传感器的技术参数。     

机器人用触觉传感器的研究

智能机器人通过视觉、触觉来识别周围的环境,工作对象和检测工作完成的情况。由于触觉装置控制简单,可直接检测物体的形状、光滑度、硬度等,因此触觉传感器是智能机器人的一个重要组成部分。 本文介绍三种国外的触觉传感器结构及其线路,在此基础上又探讨了光电触觉传感器以便为研制机器人的陈列触觉传感器奠定基础。     

一种高分辨力柔性触觉传感器

本文描述了一种基于全内反射原理，用透明橡胶材料作为波导板的柔性触觉传感器。该传感器除具有一般刚性波导板触觉传感器的高分辨力等特点外，还具有柔性好，力灵敏阈值低，不怕碰撞等特点，该传感器特别适合装在智能机器人手爪上，为机器人系统高效率地获取物体形状，位置和姿态信息，实现智能抓握物体，操作物体等功能提供了有效的手段。     

识别水下物体材质的触觉传感器的研制

提出了一种用于识别水下物体材质的触觉传感器，介绍了该传感器的原理，结构和识别水下物体的方法，用研制出的水下触觉传感器系统对十种物体（铜，覆铜板，油石，大理石，陶瓷，玻璃，皮革，胶木，塑料和泡沫塑料）作了七百余次识别实验，结果表明，识别率≥９２％，识别时间≤５ｓ）。     

机器人红外接近觉、光纤触觉和握力觉传感器

设计和研制了红外接近党传感器以探测物体的存在；设计和研制了机器人触须探测物体的触觉和模拟机械爪抓取物体的握力觉传感器。单片机系统控制传感器数据采集和初步判断，为机器人控制和驱动提供感觉信息。     

基于信息融合的阵列式触觉传感器信号处理方法研究

针对阵列式触觉传感器不同触觉组单元获得的物体表面轮廓估计，设计了中心式数据融合结构，全局融合算法采用Baycs估计，有效地降低了单一触觉组单元不确定性系统误差的影响，提高了物体表面轮廓数据测量和图像重构的精度，对触觉传感系统整体性能的提高有重要意义。     

触觉可视化技术中柔性物体变形模型研究

触觉可视化技术的出现开辟了虚拟现实技术新的应用前景,柔性物体变形技术成为其中的研究热点。论文对触觉可视化技术中柔性物体变形技术进行深入研究,系统地讨论了基于几何的力变形模型与基于物理意义力变形模型,分析了相关模型的基本思想和优缺点,对这些建模方法的性能进行了细致的比较。结果表明随着硬件技术的不断发展,基于物理意义的有限元模型将会得到越来越多的应用。最后对柔性物体物理形变建模的未来发展趋势做了探讨。     

触觉可视化技术中柔性物体变形模型研究

触觉可视化技术的出现开辟了虚拟现实技术新的应用前景,柔性物体变形技术成为其中的研究热点。论文对触觉可视化技术中柔性物体变形技术进行深入研究,系统地讨论了基于几何的力变形模型与基于物理意义力变形模型,分析了相关模型的基本思想和优缺点,对这些建模方法的性能进行了细致的比较。结果表明随着硬件技术的不断发展,基于物理意义的有限元模型将会得到越来越多的应用。最后对柔性物体物理形变建模的未来发展趋势做了探讨。     

集成化触觉阵列传感器的研制

介绍了一种集成化单晶硅触觉阵列传感器。该传感器共有 10 0个触觉单元 ,芯片尺寸为 2 5mm×2 5mm ,厚度小于 10mm。在制造工艺上 ,把CMOS工艺和半导体平面工艺融为一体 ,利用MEMS技术在每个触觉单元上制造了触觉受力点 ,易于感受所触物体 ,其测试、记录过程由计算机完成。该种传感器具有一定的开发价值和应用前景。     

日本研制具有人工触觉的机器人

日本通产省工业技术院试制与人类触觉相似的触觉、抚模性能的触觉传感器取得成就.装有LS的人工触觉,对核能、宇宙、深海、灾害地区等难以进入的地带以及无法用视力探测的地方,将发挥作用. 1)先从用料入手,实验表明“感压导电橡胶”具有人类皮肤的柔软性.是制造“人工触觉最适材料”.将其放在金属电极板上,通以弱电压时,电阻发生变化接触橡胶的物体压力变成强力分布状态,由此而知物体的形状重量以及手压物体的轻重等信息.     

温度触觉传感器的材质识别仿真研究

采用温度触觉传感器对材质进行识别研究,介绍了一种基于热传导原理的材质识别方法,利用ANSYS软件对温度触觉传感器在不同温度差、不同基板材料和不同被测物体材料不同情形下的热传导进行了仿真实验。仿真结果表明:温度触觉传感器可用于识别吸热系数偏低的材料,接触温度可作为材质识别的一个重要判据。