机器人多感知技术触觉.ppt

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1、第一章触觉、滑觉传感器及人工皮肤触觉机器人触觉在机器人感觉系统中占有非常重要的地位，它具有视觉等其他感觉无法实现的功能。视觉借助光的作用完成，当光照受限制时，仅靠触觉也能完成一些简单的识别功能。更为重要的是，触觉还能感知物体的表面特征和物理性能，如柔软性、硬度、弹性、粗糙度、材质等，因此触觉传感器是机器人感觉系统中最重要的研究课题之一。机器人触觉的原型是模仿人的触觉功能，通过触觉传感器与被识物体相接触或相互作用来完成对物体表面特征和物理性能的感知。2021/7/311河北工业大学机械学院第一章触觉、滑觉传感

2、器及人工皮肤触觉触觉传感器采用的原理：用弹性机械触点和压阻硅橡胶制成的触觉传感器是最早的触觉模型，利用受压变形的介质引起两端电极电容变化的原理；利用可视弹性膜与物体接触引起成像的原理；各种压电材料(PVDF、PZT等)受压后引起电荷变化的原理；注：PVDF－poly(vinylidenefluoride)聚偏二氟乙烯PZT－piezoecectric是压电的，压电陶瓷：锆钛酸铅(PbZrTiO3)在有噪声激励的膜片上放置感压膜，当物体作用于感压膜表面时，声阻抗发生变化的原理等。2021/7/312河北工业大

3、学机械学院第一章触觉、滑觉传感器及人工皮肤触觉触觉发展的基础：在制作工艺上也有很大的改进：利用半导体集成工艺，采样电路ASIC化、感压源信号直接与制作在底板上的MOSFET（场效应晶体管）相联以获得高的输人阻抗和较强的抗干扰能力，ASIC化采样电路使外接引线大大减少。注：ASIC－(ApplicationSpecificIntergratedCircuits)专用集成电路新材料：各向异性的压阻材料如CSA、FSR等使得压阻型触觉传感器的研究出现了勃勃生机。注：CSA－碳毡技术：微电子技术的发展，制造了高速的

4、触觉采样与控制电路，使触觉图像的采集与视频速率同步。2021/7/313河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求1.1.1人体触觉敏感人的手有易抓住物体、操纵物体和确定物体的许多物理特性。这些功能都是通过感觉特别是触觉获得的信息来实现的。2021/7/314河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求在机器人触觉敏感中，我们试图仿效人体触觉敏感系统的某些功能。为此．要求掌握人体触觉敏感及其功能的知识，但是，不可能短期内重现生物传感器的功能。生物系统的存在和人自身的触觉经验有助于发展机器人触觉敏感。人

5、体有两种感觉系统能与外部物体接触而产生反应：(1)内体感觉系统。该系统检测诸如手足关节角、肌肉打张和肌肉拉紧等内部参量。机器人通过这些参量间接地与外部物体接触；(2)外体感觉系统。该系统出于皮肤表面温度和形状的改变而产生反应，这些参量是直接接触外部物体的结果。2021/7/315河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求外体感觉传感器系统的神经末梢封闭在真皮和表皮层之间，它由许多特种神经末梢构成。皮肤能直接响应接触压力、温度和疼痛。2021/7/316河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求除了疼

6、痛信号外，当一个稳定刺激的强度随时间减小时，所有的神经末梢呈现出适应性。适应性的精确率影响每种感应器的频率响应。在冷水中浸泡几分钟后，就不会感觉到水象开始时那样冷，这是因为发出信号的神经末梢对温度已适应。温度由两类传感器传递，一类对“冷”起反应，另一类则对“温暖”产生反应。使特定神经纤维活化的激励源是围绕神经未梢的隔膜，神经未梢的形类似自由神经末梢的裸神经。如Merkel圆盘具有扩张尖端的未梢，或如Pacinian细胞之类的压缩末梢——影响感受器响应机械激励源的动态范围。影响机械感受器响应的另一因素是神经末

7、梢接触周围组织结构的方式。2021/7/317河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求覆盖皮肤表面的人体毛发，除能保持人体热量外，还有接近传感器的功能：毛发的触觉极敏感，通过它可检测位移的微小变化，借助毛发腺胞周围的神经末梢网络还可传递信号。2021/7/318河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求1.1.2机器人触觉传感器应具备如下基本特征：1)传感器有很好的顺应件，并且耐磨。2)空间分辨率为1~2mm，这种分辨率接近人指的分辨率(指人皮肤敏感分离两点的距离为1mm)。3)每个指尖有50~2

8、00个触觉单元(即5×10，10×20阵列单元数)。4)触元的力灵敏度小于0.05N，最好能达到0.01N左右。5)输出动态范围最好能达到1000：1。6)传感器的稳定性、重复性好，无滞后。7)输出信号单值，线性度良好。8)输出频响100Hz~1kHz。2021/7/319河北工业大学机械学院1.1触觉传感器的一般要求触觉传感器按传感原理基本上可以分为开关式压阻式压电式光电式电容式电磁式其它2021/7/3110