机器人触觉传感技术研发的历史现状与趋势

触觉是机器人实现与外部环境直接作用的必需媒介．相对其它机器人传感技术触觉传 感技术已明显落后．本文从总体上简要回顾触觉传感技术研发历程，分析指出其中的不足与 主要原因．在简述目前触觉传感技术研发的现状后，介绍分析机器人技术发展的新趋势及随 之而来的触觉传感技术发展趋势．对今后触觉传感技术的研发提出我们的见解．     

触觉传感器技术研究现状及发展趋势

触觉是仪器感知外部环境的重要信息来源。从触觉传感器系统构成的维度出发,对触觉传感器的材料、结构、工艺、电路系统等技术领域深入分析了国内外技术热点,在研究分析的基础上提出了触觉传感器的发展趋势。     

一种触觉感知与脑启发的触觉传感系统

触觉智能感知是当前研究的热点问题之一.然而,大规模触觉数据集的缺乏限制了机器人触觉感知领域的发展,解决问题的关键在于构建覆盖手掌的高时空分辨率触觉压力传感器系统.对此,构建一种脑启发的触觉传感系统(BITSS),以高时空分辨率对触觉压力信息进行获取,并实现基于脉冲事件的触觉感知.受皮肤触觉感受器启发,BITSS使用神经形态模型对触感压力信号进行脉冲编码,实现两种触觉感受器神经元的模拟.实验结果表明,BITSS模拟的神经放电活动可以解码出抓握状态的低维空间.在10种日常物体的分类任务中,基于脉冲事件的分类器分类精度达到94%,具有较快的执行速度,并验证了BITSS对触感压力信号的时空编码能力.     

触觉传感器的发展

对触觉传感器、触觉传感器阵列和触觉图象传感器的结构、工作原理以及发展趋势作了综合介绍.     

斜坡触觉及射流触觉显示器技术研究

简要介绍了斜坡触觉原理,在此基础上阐述了基于水射流方法的触觉显示器技术原理,建立了反映射流压力与触觉感受量之间关系的触觉模型,并对指端弧面对射流触觉的影响进行了分析计算,通过模型分析认为射流作用下指端的触觉感受量是一个相对稳定的量,因此拥有较宽的动态范围。参考振动触觉语言给出了射流触觉的触觉语言,并讨论了射流触觉的显示内容和技术手段等应用层面上的问题。     

中国微米纳米-基于混合频率激励的新型公共电极式电容触觉传感阵列设计

本文设计了一种基于混合频率激励的三自由度柔性电容触觉传感阵列。每个传感单元中由传感电极层上的四片传感电极和公共电极层上的一片公共电极构成四个电容传感子单元,当四个电容传感子单元按正方形排列时,所测得的接触力将被分解为一组正向压力和两组剪切力分量。信号采样采用混合频率激励的方法替代单频激励,四片传感电极分为激励端和输出端,激励端加载频率分别为f1和f2的两组电压信号Ui1和Ui2,输出端的两组信号通过带通滤波器可提取四组谐波分量,从而实现四个电容传感子单元的电容量测量。该方法简化了信号采样机构,有效实现多维触觉信息的同步检测与分离。每个传感单元在z轴方向的正向压力测试灵敏度为0.17%/mN,x-y轴方向的灵敏度为0.43%/mN。结果表明该触觉传感阵列是一种有价值的可实现低成本触觉传感的新型测量装置。     

欧盟着力机器人手触觉传感技术研究

正由英国伯明翰大学科技人员领导的欧洲多学科NANOBIOTOUCH研发团队,正在开展机器人手触觉传感技术的神经与心理物理学基础研究,旨在通过从单个神经元提供实验数据的机器人学习算法到机器人手触摸物体表面的触觉反应,实现机器人手触觉传感技术的突破及机器人手指尖触觉的自我学习认知技能。     

机器人触觉传感器发展概述

触觉是机器人感知外部环境的重要信息来源。近10年来，随着触觉感知技术和交互技术的广泛应用，机器人触觉传感技术得到了机器人研发人员的高度关注。首先简要回顾了近50年来机器人触觉传感器技术研究的发展情况，特别是我国在机器人触觉传感器技术领域的研究历程；然后，对现有机器人触觉传感技术进行了分类总结；接着，对当前触觉传感技术研发的前沿即电子触觉皮肤的研究做了分析和阐述，指出了机器人触觉传感技术研发亟待解决的关键问题，并对未来的发展趋势提出了一些见解。     

硅电容式触觉传感阵列及相关技术

从目前硅电容式触觉传感阵列的研究现状出发,详细分析了各种阵列单元结构、加工工艺、读出电路的设计和性能特征等。最后探讨了今后触觉传感阵列的研究趋向和发展前景。     

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。     

一种新型智能机器人触觉传感服装的研究

触觉技术在机器人感觉系统中占有非常重要的地位,同听觉、视觉一样,触觉是机器人感知外部世界信息的一种重要手段.文中对智能机器人触觉传感服装的理论模型进行了详细的论证,提出利用导电橡胶的压阻特性,设计阵列式触觉传感服装模型以及相应的信号处理和采集显示的软硬件系统,并通过实验取得了良好的效果.     

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。     

机器人触觉临场感电触觉反馈技术研究

本文对机器人触觉临场感电触觉反馈技术进行了实验性研究。设计出了电触觉反馈装置和触觉反馈手套,结合我们已经研制出的指形触觉传感器和数据手套构成了遥操作机器人触觉临场感系统。联机实验结果表明,该触觉反馈装置能够给操作者提供有效的触觉反馈。     

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）。     

一种基于阵列式触觉传感器的主动触觉搜索方法及仿真

本文在一种二指节手指模型的基础上，提出了一种新的主动触觉搜索策略和方法，综合利用阵列式触觉传感铭的输出图象来不断改变机械手的姿态，从而依次有序地搜索到三维物体的特征点，并据此生成物体的三维图形。此外还讨论了上述方法的计算机仿真实现。