基于双电层电容的柔性触觉传感器机理研究

触觉信息是机器人感知工作环境的重要途径之一,也是人机协作中保证安全性和舒适性的关键因素。然而,相对于视觉、听觉、嗅觉传感器的发展,机器人触觉传感器的应用和产业化仍相对滞后。提出了一种基于双电层电容原理的机器人柔性触觉传感器,该压力传感器具有结构简单、灵敏度高、测量范围大、高柔性、高信噪比、制备和使用成本较低等优点。传感器由上下两层电极以及中间离子凝胶的纤维层组成,当外界压力作用在传感器上时,离子纤维层压缩,电极与离子纤维层接触面积增大,导致传感器电容变大。实验数据表明,压力和电容有着良好的线性关系,且传感器灵敏度高,可达到3.97 nF/kPa,压力测量范围广,可达到500 kPa,最大迟滞性误差为5.97%,且动态响应可以较好跟随外部压力刺激。此柔性触觉传感器可广泛应用于机器人传感、人机交互、可穿戴设备等场合,具有广泛的学术研究意义和产业推广价值。     

智能机器人用触觉传感器应用现状

触觉传感器对于智能机器人是至关重要的。结合理论分析和文献报道对现有触觉传感技术进行了归纳总结,现有触觉传感器主要包括压阻式机器人触觉传感器、光学机器人触觉传感器、电容效应式机器人触觉传感器、电感式机器人触觉传感器、压电式机器人触觉传感器和多模式机器人触觉传感器。总结了多种传感器的原理、优缺点以及在各个领域中的实际应用。     

基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法

为了提高遥操作机器人虚拟环境几何学建模的精度,提出了一种基于视触融合的遥操作机器人虚拟环境几何学建模修正方法。首先基于视觉信息通过点云采集和预处理、粗细配准相结合的点云配准、表面重建、位姿测量实现了目标物的几何学建模;之后针对遥操作机器人的应用背景,设计了局部半自主和多指协同相结合的灵巧手控制方式,完成了目标物触觉点云的采集;最后采用视触融合的方法,使用KDtree将视觉点云和触觉点云进行融合,并利用视触融合点云对几何学模型进行修正。通过实验证明该方法对不同材质目标物的几何学建模的几何尺寸误差小于3.6 mm、定位误差小于6.8 mm、姿态角测量误差小于4.3°,且效果均优于基于视觉信息的几何学模型和基于触觉信息的几何学模型。该方法构建的几何学模型既包括了目标物的颜色信息,又提高了几何学模型的精度,且在模型细节处表现良好,有效结合了视觉和触觉两种模态信息的优点。     

智能机器人：第六讲 机器人传感器

本文论述了传感器对机器人技术的发展所起的重要作用,介绍了机器人传感器的基本类型(着重于视觉和触觉传感器),简要地分析了这些传感器的工作原理及特性。     

基于电子皮肤的机器人运动感知算法研究

为了使机器人在光线不足、黑暗、沙尘等环境下感知目标物体的运动,提出了基于电子皮肤的机器人运动感知算法。算法首先使用电子皮肤作为触觉传感器采集触觉图像,接着利用柔性基底和图像形态学技术改善触觉图像;然后通过识别触觉图像形心和配准最优旋转来计算目标的平移和旋转;最后使用线性回归模型拟合平移距离和旋转角度以计算运动速度,完成运动感知。此外,使用高精度并联定位平台验证了算法精度,算法计算平移距离及速度的最大误差不超过2.7%和6.0%,计算旋转角度及速度的最大误差不超过9.7%和4.0%。该结果表明机器人触觉能在极端的工作环境下代替视觉感知物体运动,进而改善与目标的交互,扩展机器人应用场合。     

触觉传感器与电子皮肤研究进展

触觉传感器是机器人与环境交互的重要元件,是机器人与环境之间不可或缺的介质。近年来,触觉传感器在医疗设备、生物力学、健康监测等领域的应用成为研究热点。文中回顾了过去50年来国内外机器人触觉传感技术的研究情况及成果,介绍了不同传感机理的触觉传感器及其特点以及仿生触觉传感器电子皮肤的研究现状,指出了触觉传感器全柔性化、多功能化、自供电的未来发展方向。     

触觉传感器研究现状与展望

触觉传感技术是未来实现机器人智能化的关键技术之一,未来机器人终将会代替人类进入许多复杂危险的多信息环境中执行任务。而机器人手作为机器人与环境交互的重要部位,其触觉传感器是使机器人具有触觉和滑觉等感知能力必不可少的媒介。叙述了基于压阻效应、光电效应、电容变化、压电效应的触觉传感器的研究现状和特点,提出触觉传感器未来发展的四个重要方向。     

具有压力和位置检测功能的气囊型触觉传感器

为了提高机器人与外界环境的安全交互性能,基于导电面电势分布理论和封闭气体压缩定律提出一种适用于机器人曲表面的触觉传感器模型,实现了接触位置与接触压力的检测。传感器采用三层结构,包括导电层、压缩气体隔离层和信号提取层。为了适应任意曲面形状,降低导电层电势非线性分布影响,采用机器学习算法对电势分布模型进行重建。采用COMSOL软件对传感器导电层进行物理建模与仿真,并制备了传感器样品。仿真和实验结果表明,提出的触觉传感器模型可以定制于机器人曲表面上,并能实现接触位置和接触压力的实时检测,可用于人机信息交互。     

基于机械臂灵巧手智能数据采集系统的设计与分析

在非结构环境中机器人对不同形状、重量物体的有效抓取效率低。针对这一现状,自主设计了一套基于机械臂灵巧手的智能数据采集系统平台,该平台由Kinect2.0摄像机、BH8-282三指灵巧手、UR5六自由度机械臂等设备组成,通过对目标物体的自动识别和定位,自主运动规划路线完成对目标物体的抓取动作,并得到抓取目标物的视觉和触觉信息。实验表明,该平台可以在无人监督的情况下,完成对目标物体的有效抓取,并实现对视觉和触觉数据的完全自动化采集。实验过程中对3 589组抓取目标物数据分析,未抓住目标物的比例为15.41%,抓稳的比例为42.91%,未抓稳的比例为41.86%,总体实验效果较好。     

具有触觉和视觉能力的高级工业机器人性能研究

假如要使机器人在简化生产和制造工艺方而胜过人的能力,则它们一定要具有较好的触觉和视觉以及调整能力。本文讨论机器人传感器领域中的现状。     

一种球形移动机器人传感系统设计

文章为了解决球形机器人自主控制的问题,根据球形机器人结构和运动的特殊性,设计了一种球形机器人的传感系统。建立了无滑动条件下球形机器人运动模型,根据运动模型由惯性测量系统和光电码盘数据组合得到机器人位姿。利用激光测距传感器获取周围障碍物信息。通过全局CCD视觉传感器跟踪识别目标物体,使用手眼CCD视觉传感器和超声传感器定位目标物体并协调机械臂实现对操作目标准确快速的抓取、放置。     

触觉传感器述评

本文对各种典型触觉传感器的优缺点进行了归纳,进而介绍了几种新型触觉传感器,并讨论触觉传感器在机器人中的应用及未来的发展趋势。     

试论发展我国机器人的途径

机器人是一种可重复编程的多功能的自动装置。它是机械和电子相结合的高度技术密集型产品。按其对外界的反应和判断可分成三代: 第一代是可灵活编程、自动重复作业但对外界无反馈功能的机器人,包括从简单的上、下料机到伺服控制的连续轨迹的弧焊机器人。第二代是带有感觉功能,对周围环境能作出反应的机器人,如带有视觉、触觉等传感器用于装配或水下作业的机器人。     

基于手眼视觉的空间末端操作器的轨迹规划

空间机器人将用于对空间目标的跟踪、接近、包络和抓捕,由于机器人和抓捕目标均处于无约束自由飘浮状态,因此顺利进入捕获区并完成抓捕较为困难。针对漂浮机器人和漂浮目标对接困难的问题,利用末端操作器上的手眼视觉作为传感器系统对末端操作器的运行轨迹加以控制;利用动量守恒和动量矩守恒两大基本定理,推导了手眼视觉引导下空间机器人末端操作器为达到期望捕获位姿的轨迹规划,使得末端操作器可以规避末端操作器手指外形实现对目标的无接触跟踪和包络;利用气浮平台、被动6自由度模拟器实现了地面模拟空间失重环境,并在该试验平台上试验了机器人末端操作器对漂浮目标的跟踪和捕获。研究结果表明,基于视觉的轨迹规划可以协助机器人完成对漂浮目标的跟踪和抓捕。     

Movement programming of space robot's end-effector based on vision

空间机器人将用于对空间目标的跟踪、接近、包络和抓捕,由于机器人和抓捕目标均处于无约束自由飘浮状态,因此顺利进入捕获区并完成抓捕较为困难.针对漂浮机器人和漂浮目标对接困难的问题,利用末端操作器上的手眼视觉作为传感器系统对末端操作器的运行轨迹加以控制;利用动量守恒和动量矩守恒两大基本定理,推导了手眼视觉引导下空间机器人末端操作器为达到期望捕获位姿的轨迹规划,使得末端操作器可以规避末端操作器手指外形实现对目标的无接触跟踪和包络;利用气浮平台、被动6自由度模拟器实现了地面模拟空问失重环境,并在该试验平台上试验了机器人末端操作器对漂浮目标的跟踪和捕获.研究结果表明,基于视觉的轨迹规划可以协助机器人完成对漂浮目标的跟踪和抓捕.     

基于共享控制的人机灵巧力触觉交互系统设计与实现

人能够在复杂感知的相互协调下做出决策并完成灵巧操作。将视听觉和力触觉等不同模态相融合,可以提高操作者对虚拟场景或远程环境的感知,进而改善操作效果。如何协调人的操作和虚拟环境中目标机器人系统的自主性,则是人机交互中的一个关键问题。为此,本文基于Unity3D引擎建立了虚拟场景,并实现了omega.7力反馈平台与虚拟场景之间的通信。进而,创建了基于碰撞检测的虚拟距离传感器,实现了虚拟场景中目标机器人对周围环境的探测。然后,设计实现了人机力触觉交互共享控制算法,将人的智能决策与灵巧操作优势同目标机器人的自主算法相融合,使得目标机器人系统的控制权限可以在人手操作和机器人自主算法之间连续平滑转移。由此,实现了人与虚拟环境和目标机器人之间功能多样、场景逼真的视听觉和灵巧力触觉多模态交互,从而为医学、康复、军事、娱乐等领域中的人机交互提供了一种解决方案。     

机器人触觉和热觉复合传感系统的研制

本文在分析现有机器人触觉、热党特点的基础上,提出了一种用PVDF做敏感材料研制的机器人触觉和热觉复合传感器的结构、硬件处理电路及其信号处理方法,最后,对研制的传感器及信号采集处理系统进行了触觉感知及热觉识别试验,给出了有关结果.     

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。     

工业机器人安全防护技术综述

工业机器人广泛应用于各生产领域,安全是其最重要的性能指标之一.从工业机器人安全技术的重要性出发,分析了导致机器人安全事故的主要原因,从机器人本体控制、机器人操作、人机干涉碰撞3个方面介绍和归纳了目前国内外机器人安全防护技术的实现方法和特性.总结了现有防护技术在新的人机协作生产模式下存在适应性、灵活性等方面的问题,对基于机器视觉和触觉传感器相融合的安全防护技术进行了展望,为未来进一步深入研究提供参考.     

机器视觉——现代工业的眼睛

一、基本原理 美国制造工程师协会机器视觉分会和美国机器人协会的自动化视觉分会对机器视觉下的定义为:“机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像,以获得所需信息或用于控制机器人动作的装置。”