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河北工業大學：研究提出一種用于物體表面紋理識別與重建的鐵鎵合金觸須傳感器陣列

來源：深圳市森瑟科技發展有限公司 2025年03月17日 07:40

目前，越來越多的工作需要機器人來完成，類似于人類的感覺輸入。觸須是存在于某些哺乳動物身上的觸覺感知毛發，在夜間或狹窄環境中補充皮膚的功能，進行外界環境感知。受動物觸須結構啟發，研究人員開始了對觸須傳感器的研究探索。

解決的問題及意義

觸覺傳感器可以彌補視覺傳感器的不足，不受環境光與非結構化環境的影響，通過與物體直接接觸可以實現對物體表面觸覺信息的感知，快速獲得接觸位置、接觸力大小、物體形狀、紋理、溫度等信息，對機器人完善人機交互、實現精準操作具有重要意義。

方法及創新點

1、觸須傳感器單元設計與輸出電壓模型

受動物觸須傳感機制啟發，結合鐵鎵合金絲對高度方向上觸覺信息的優良感知能力，確定了傳感器單元偏置磁場大小、長度、傾斜角度等，將傳感器單元集成為4×2陣列，建立了傳感器單元輸出電壓模型。

2、觸須傳感器陣列性能測試

搭建了靜態性能測試系統，確定單元的紋理高度測量范圍為0.01-1.6mm，靈敏度為243.3mV/mm。

搭建了動態性能測試系統。測試了不同頻率動態力下傳感器單元的響應。利用6Hz的方波力表征重復性、響應與恢復時間分別為26ms和25ms。50次循環測試中電壓波形具有一致性。

3、紋理識別與重建

傳感器單元以6.5mm/s的速度滑過樣品時，輸出電壓波形呈現與樣品紋理相對應的形狀，通過輸出電壓波形可以對樣品表面紋理進行識別。

測試了采用“工”字形樣品，使裝載有陣列的機械手平行滑過樣品表面，輸出電壓和重建結果如圖所示，利用傳感器陣列可進行紋理三維重建。

受動物觸須傳感機制的啟發，設計并制作了用于紋理識別與重建的觸須傳感器單元與陣列，建立了傳感器單元輸出電壓模型。將傳感器單元與陣列分別裝載在機械手上進行樣品表面滑動實驗，利用采集的輸出電壓識別與重建了樣品表面紋理。設計的觸須傳感器單元和陣列對指導機械手調整操作策略、完善人機交互過程等具有重要意義。

來源：傳感器專家網

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