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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