用于检测三维力的“人工皮肤”

“人工皮肤”近日在中科院合肥物质科学研究院智能所问世,这是一种既类似于人的皮肤,又能感知多维力信息的新型柔性多维阵列触觉传感器。     

柔性触觉传感器的三维打印制造技术研究进展

聚合物基柔性触觉传感器在智能机器人、人工假肢与人体健康状态监测等领域有着广泛的应用,将三维打印技术应用于柔性触觉传感器的制造过程可以克服传统制造方法加工周期长、复杂聚合物基微结构制造困难等缺陷。因此发展聚合物基触觉传感器的三维打印制造技术及工艺是当前的学科研究热点,具有广阔的发展前景。首先,在阐述柔性触觉传感器的传感检测原理和性能指标的基础上,重点阐述了柔性触觉传感器三维打印制造技术方面的最新研究进展,包括聚合物基柔性触觉传感器的结构设计、三维打印材料的分类和应用、以及传感器的打印制造方法及工艺等。然后,还总结预测了基于新材料制备和新制造工艺的柔性触觉传感器设计与制造的发展趋势,并对柔性触觉传感器的三维打印制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

基于海绵介质层的电容式三维力触觉传感器

为了提高电容式触觉传感器在较大量程范围内的灵敏度,应用P DMS(聚二甲基硅氧烷)海绵微结构作为介质层,设计了电容式三维力触觉传感器.利用有限元软件对海绵介质层和普通薄膜介质层进行性能对比,同等压力作用下,海绵微结构触觉传感器拥有更高的灵敏度.对传感器单元进行有限元分析,得到传感器在三维力作用下的形变情况和电容变化趋势...     

智能研究所研制出“用于检测三维力的人工皮肤”

由中科院合肥物质科学研究院智能研究所主持的国家“863”先进制造技术领域智能机器人技术专项“用于检测三维力的人工皮肤”在北京通过验收,项目研究成果获得与会专家的高度评价。触觉是机器人感知外部信息的重要手段之一,基于传感器的机器人人工皮肤研究已成为智能化机器人的一个重要研究方向。     

基于新型导电橡胶的三维力柔性阵列触觉传感器研究

针对目前多维阵列触觉传感器不能兼有柔韧性和测量多维力特征信息等难题,研究了一种基于导电橡胶的新型柔性三维力触觉传感器,通过检测橡胶的电阻变化来分析受力信息.该传感器的敏感单元采用"整体液体成型"的方法制作而成,操作简便,有利于触觉传感器的产品化.介绍了该传感器的基本结构及其工作原理,并对三维力的检测进行了仿真研究,结果表明该传感器能够实现对三维力信息的检测.     

三维柔性触觉传感器静态标定方法研究

为了解决三维柔性触觉传感器的静态标定问题,本文对三维柔性触觉传感器标定的特殊性以及采用砝码标定法标定三维触觉传感器时标定装置中的静摩擦力引起的误差进行了分析,提出了基于六维力测量来标定三维触觉传感器的方法,研制了一种基于六维力测量的气浮式标定平台;该平台采用气浮的方法将一个矩形六面体结构的浮板完全浮起,通过测量每组气浮承压腔内的压力来求取作用在浮板上沿X、Y、Z坐标轴方向的外力和绕X、Y、Z坐标轴方向的外力矩;给出了作用在标定平台表面上任意力的大小、方向和作用点坐标的计算公式。实测数据表明,研制的气浮式标定平台性能可满足三维柔性触觉传感器的静态标定要求。     

光纤式机器人触觉传感器滑觉特性的研究

本文介绍了一种光纤式机器人触觉传感器的滑觉特性，这种传感器不仅可以判断是否滑动而且可以判断滑动的方向。本文给出了有关的仿真曲线和实验曲线。     

新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统与方法研究

介绍一套新型三维柔性触觉阵列传感器标定系统,该系统可用于柔性压敏材料的标定。该系统分别采用求解标定矩阵和BP人工神经网络的方法完成传感器标定,进行误差分析并比较其优缺点。该系统的设计简化了对柔性阵列单元进行标定的程序,达到了预期的目的。     

基于 PVDF 三维力传感器设计

在现代机器人技术和柔性电子应用中,迫切需要具有高灵敏度、良好灵活性和三维力测量能力的柔性触觉传感器。本文提出了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的触觉传感器,实现动态三维力测量。传感器由3个夹角为120°的PVDF压电敏感单元构成3个压力敏感区,3个压电敏感单元安置在聚二甲基硅氧烷(PDMS)半球型结构的底面。从PDMS半球顶部传递的三轴接触力引起3个压电敏感单元的电荷分量发生变化,从而计算出接触力的方向和大小。本文推导了基于3个压电敏感单元触觉传感器的三维力算法,对所制备的传感器进行了标定,实现了三维动态力的测试。结果表明,角θ的平均误差为7.75%,角■的平均误差为12.17%,力F的平均误差为7.48%。该三维力触觉传感器在穿戴式电子产品、健康医疗、人机交互等领域拥有很好的应用潜力。     

一种光纤式机器人触觉传感器的设计研究

本文介绍了一种机器人触觉传感器的结构原理及设计方法。利用光纤传感器的强度调节原理，可以产生压觉和滑觉信号。文中给出一些设定的参数。     

基于MEMS的水下触觉力传感器及BP网络标定实现

由于受到水压强影响,水下触觉力测量易产生交叉灵敏度,造成触觉力信号分辨困难的问题。针对此问题设计了基于MEMS的水下触觉力传感器。该触觉力传感器呈胶囊外形且为差压式结构,上侧感知水压强与触觉力信息,下侧感知水压强信息,通过在MEMS上下侧矢量叠加实现触觉力测量。设计了基于STM32的传感器数据采集电路及BP网络数据融合算法。通过构建4层BP网络,触觉力信号、温度信号、深度信号作为网络输入,真实触觉力值作为网络输出训练网络,将训练好的神经网络发送至STM32通过数据处理实现真实触觉力输出,传感器融合精度5%。文中设计的触觉力传感器具有的差压式结构能够消除水静态压强影响,并且结合BP网络数据融合算法实现了真实触觉力信号输出,对水下环境用触觉力测量具有重要意义。     

光纤式机器人触觉传感器横向串扰信号的分析

本文对所研究的光纤式机器人触觉传感器的横向串扰信号进行理论分析和实验研究,提出消除这一串扰信号的方法,并给出实验结果。     

用于假手指尖的光纤光栅触觉力传感器研究

针对现有假手触觉测量常用的薄膜压力传感器精度不佳、线性度差、迟滞性高等问题,研究了一种可安装于假手指尖的光纤布拉格光栅触觉力传感器。首先,通过传感单元的微小化结构设计,可以将施加的外力转化为光纤承受的轴向力;进而,通过有限元对传感器结构参数进行优化,提高了光纤光栅对于压力的灵敏度;然后,围绕假手指尖应用的需求,制作了这种光纤布拉格光栅触觉力传感器;最后,对该传感器进行了性能标定、对比分析和应用抓取3个实验分析,实验结果表明:该传感器压力灵敏度为0.103 8 nm/N,线性度R~2为0.998,重复性误差为1.32%和迟滞性误差为2.19%;与现有的薄膜压力传感器对比,该传感器的线性度和重复度都更高,迟滞性更低。     

机器人触觉传感器的力学分析与研究

触觉传感器是实现机器人触觉感知的最关键器件．直接影响机器人感知外界环境和自身状态能力的大小。敏感单元是触觉传感器的核心器件。以E型方膜结构的敏感单元为例，建立微型触觉传感器的三维力学模型，计算了微型触觉传感器敏感单元的理论值，并与有限元(FEM)分析得到的值相比较，得出了E型方膜结构类型传感器的静态特性和动态特性，讨论了静态和动态特性对结构的敏感性，为传感器的优化设计提供依据。     

用于扑翼飞行器气动力测试的三维力传感器研究与实验

气动力测试对验证扑翼飞行器的设计方法和优化改进飞行器重要系统特征参数起着重要的作用。介绍了一种新研制的结构简单、低成本、高性能的三维力传感器,用于扑翼机气动力测试系统,重点介绍了三维力传感器的设计和标定方法。首先,通过弹性机构的微变运动学建模验证了结构设计的可行性;然后,对传感器进行解耦标定实验,得到传感器的非线性误差小于1.19%,耦合误差小于3.21%,灵敏度大于1.1 V/N;最后,通过对一款小型扑翼飞行器的气动力进行测试,获得了扑翼机主翼气动力随影响参数变化的定量评价数据,为扑翼机实现室内和室外的机动灵巧飞行,提供了有效帮助。     

基于六维力传感器的机器人动力学参数辨识

采用基座布置六维力传感器的方式进行机器人动力学参数辨识。以递推牛顿-欧拉方程为基础建立机器人动力学模型，给出六维力传感器输出与机器人关节间动力学关系，分离待辨识动力学参数并确定其最小惯性参数集，最终建立基于基座六维力传感器的机器人辨识模型。为了进一步提高辨识精度，采用两层低通滤波算法推导出加速度替代公式和速度滤波算法，减少加速度和速度噪声的影响。最后，以六自由度协作机器人的前2个关节为对象，设计辨识实验，获得两关节的最小动力学参数集。通过结果逆向验算表明，基座布置六维力传感器方式能以较高的精度辨识出机器人动力学参数。     

基于基座力传感器机器人连杆惯性参数的静态识别

文中探讨了基于机器人基座力传感器的输出信号,利用连杆的重力作用,识别机器人连杆的质量及质心三维坐标的静态识别方法。阐述了该方法的的求解思路与步骤,推导出了识别上述惯性参数的通用计算公式。虽然该方法仍属于解体识别法,但该方法计及了机器人的关节,识别出的惯性参数包含了机器人的关节特性,克服了传统解体识别法忽略机器人关节特性的缺陷,提高了惯性参数的识别精度。     

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求，以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺，设计了一种用于微操作的三维力传感器，建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术，实现对传感器的标定，并给出了传感器的信号处理方法。实验证明，该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点，满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN，x向与y向的分辨率均为2．4μN，Z向的分辨率为4.2μN。     

一种水下机器人用多轴力传感器的结构设计

水下机器人用多轴力传感器的设计必须首先解决水压力平衡的问题。通过对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行分析，得到这几种结构的特点和适用条件：实心的柱体可以承受深水压力，但由于海水的腐蚀作用，开放式柱体不适合作为弹性体；充油或充气的刚性封闭的薄壁结构不能承受深水压力；带补偿膜的薄壁圆筒结构只能承受浅水压力的作用；用软外囊封包的结构可以承
受深水压力，实现足够大的体积变化而不致被破坏，但存在容易破损以及形状、质心不定的缺陷。提出一种水下机器人用多轴力传感器自适应结构的设计构思，这种结构兼有开放式和封闭式结构的优点。按照这种设计构思已试制出原型样机     

基于MEMS传感器的手持电动工具运动状态三维定位监测系统

为了实时了解手持电动工具的运动状态,及时判断其是否处于安全状态,该文通过集成三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪传感器,构建了由手持电动工具运动角速度与加速度信息采集模块、原始数据读取及初步解算与判断处理单片机模块、将转换信号发送至上位机的串口模块、蓝牙无线传输模块、轨迹与姿态进一步解算优化的上位机等组成的手持电动目标运动状态的三维定位监测系统,该系统可将手持电动工具实时监测所获运动状态与预先建立的安全运行状态下的可行域数据库比较,判断手持电动工具运动是否处于安全状态,可作为后期手持电动工具安全控制技术开发的监测预警平台。