機(jī)器人觸覺系統(tǒng)的研究

1、機(jī)器人觸覺傳感技術(shù)的研究班級(jí)：機(jī)電113 學(xué)號(hào)：110201313 姓名:錢娟摘要：機(jī)器人觸覺傳感技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)之一，觸覺傳感器是機(jī)器人與環(huán)境直接作用的必要媒介，是模仿人手使之具有接觸覺、滑動(dòng)覺、熱覺等感知功能。首先，在深入了解各種觸覺傳感器設(shè)計(jì)原理和方法的基礎(chǔ)上，利用壓電原理和光電原理設(shè)計(jì)了一種體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、柔韌性好，并可同時(shí)檢測(cè)觸覺和滑動(dòng)信號(hào)的三維力機(jī)器人觸滑覺傳感器。其次，對(duì)觸覺傳感頭的壓電層和結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析。最后，引入了自適應(yīng)模糊控制方法，通過對(duì)滑動(dòng)信號(hào)的模糊控制器設(shè)計(jì)，控制機(jī)械手與接觸界面的夾持力。關(guān)鍵詞：機(jī)器人觸覺、觸覺傳感器、壓電原理1. 緒

2、論觸覺是一種復(fù)合傳感，通過人體表面的溫度覺、力覺傳感器等提供的復(fù)合信息可以識(shí)別物體的冷熱、尺寸、柔軟度、表面形狀、表面紋理等特征，為人類感知世界提供了大量有用的信息。在機(jī)器人領(lǐng)域使用觸覺傳感器的目的在于獲取機(jī)械手與工作空間中物體接觸的有關(guān)信息。例如，觸覺信息可以用于物體的定位和識(shí)別以及控制機(jī)械手加在物體上的力。2. 觸覺傳感器的種類觸覺信息是通過傳感器與目標(biāo)物體的實(shí)際接觸而得到的，因此，觸覺傳感器的輸出信號(hào)基本上是由兩者接觸而產(chǎn)生的力以及位置偏移的函數(shù)。一般來說，觸覺傳感器可以分為簡(jiǎn)單的接觸傳感器和復(fù)雜的觸覺傳感器。前者只能探測(cè)和周圍物體的接觸與否，只傳遞一種信息，如限位開關(guān)、接觸開關(guān)等；后者

3、不僅能夠探測(cè)是否和周圍物體接觸，而且能夠感知被探測(cè)物體的外輪廓。1) 壓電式觸覺傳感器壓電式觸覺傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)進(jìn)行觸覺測(cè)量的觸覺傳感器。通常，這種傳感器可以采用多個(gè)壓電晶體來檢測(cè)物體的表面輪廓。其工作原理是把多個(gè)壓電晶體壓在被測(cè)物體上，如果物體表面的高度不同，各個(gè)壓電晶體的變形也不同，因此，壓電晶體產(chǎn)生的電量和輸出電壓也不同，檢測(cè)各壓電晶體的輸出電壓就可以檢測(cè)物體的表面輪廓。2) 壓阻式陣列觸覺傳感器對(duì)于開關(guān)式觸覺傳感器，陣列密度難以提高，陣列數(shù)增加時(shí)外接引線也是一個(gè)很大的問題。利用敏感材料和硅工藝制作的陣列觸覺傳感器可使陣列數(shù)及陣列密度得到很大的提高，并且減少外界引線，但這種傳感

4、器往往缺少應(yīng)有的柔性，很難較通用地安裝到不同形狀的應(yīng)用載體上。3) 成像型觸覺傳感器成像型觸覺傳感器由若干個(gè)感知單元組成陣列結(jié)構(gòu)，主要用于感知目標(biāo)物體的形狀。4) 超大規(guī)模集成計(jì)算傳感器陣列在這種觸覺傳感器的同一個(gè)基體上集成若干個(gè)傳感器及其計(jì)算邏輯控制單元。3. 觸覺的立體信息識(shí)別智能機(jī)器人要求感知外界環(huán)境的物理特性。因此需要觸覺感知能力，同時(shí)也要求手爪和被抓取物。這種具有類似人類皮膚觸覺功能和柔順特性的機(jī)器人觸覺傳感器，為類皮膚型傳感器。類皮膚型觸覺傳感器具有以下幾項(xiàng)功能和特性1) 觸覺敏感能力，包括接觸覺、分布?jí)河X、接觸力覺和滑覺；2) 柔性接觸表面，以避免硬性碰撞和適應(yīng)不同形狀的表面；3) 小巧的片狀外形，以利于安裝在機(jī)器人手爪上。4. 結(jié)論通過對(duì)機(jī)器人觸覺傳感器的研究，發(fā)現(xiàn)視覺借助光的作用完成，當(dāng)光照受限制時(shí)，僅靠觸覺也能完成一些簡(jiǎn)單的識(shí)別功能。更為重要的是，觸覺還能感知物體的表面特征和物理性能，如柔軟性、硬度、彈性、粗糙度、材質(zhì)等。因此觸覺傳感器是機(jī)器人感知系統(tǒng)中最重要的研究課題之一。5. 參考文獻(xiàn)【1】 孫運(yùn)旺.傳感器技術(shù)與應(yīng)用.杭州：浙江大學(xué)出版社，2006【2】 肖南峰.智能機(jī)器人.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2008【3】 楊青.人工智能與機(jī)器人.北京：教育科學(xué)出版社