演讲内容之三 1.什么是触觉传感器 2.几种触觉传感器的基本原理 3.触觉传感的发展趋势 4.触觉传感器的应用(举例说明) 触觉传感的发展趋势 根据对触觉特殊性和机器人触觉传感技术研究历史现状的分析,触觉传感技术向着阵列化触觉传感器、三维力触觉传感器和柔顺触觉传感器的方向发展。 1)阵列化触觉传感器 获取触觉信息必须使触觉传感器与物体接触,因此表面接触面积越大,获取的信息量就越多。 20世纪90年代以来,为获取不同位置、不同时间的触觉信息,触觉传感技术向阵列化、高密度方向发展。 2)三维力触觉传感器 一方面,机器人必须有三维触觉感能力,才能可靠完成抓取和操作任务。安全可靠抓取目标的关键就是对机械手与目标物体间相对滑动的控制。 另一方面,机器人的工作环境要求机器人能够灵活的行走,而机器人行走过程至少是x、y、z三个方向的力发生作用。 因此三维力触觉传感器成为智能机器人研究的关键部分。 3)柔顺触觉传感器 为了真正实现触觉的拟人化,国际上目前正在致力于人工触觉皮肤的研究,即使触觉传感器从物理特性上象人的皮肤一样柔软,并可粘贴安装在任何欲使用的载体表面。因此作为人工触觉皮肤一项重要性能指标的柔顺化,成了近年来触觉传感技术发展的又研究趋势。 演讲内容之四 1.什么是触觉传感器 2.几种触觉传感器的基本原理 3.触觉传感的发展趋势 4.触觉传感器的应用(举例说明) 触觉传感器的应用(举例说明) 1.医疗器械也“惊艳”--盲文翻译器 该产品由单指手套型触觉传感器和蓝牙耳机组成。戴在食指上的触觉传感器可对盲文的形状进行记录编码,数据通过内置翻译软件的蓝牙耳机就可被转换为语音播放出来。 2.电子宠物鸡 在这些小鸡里面,您能分辨出哪只是真的,哪只是假的吗?恐怕连真的小鸡都已经把玩具小鸡错当成同类了吧! 在它的背部有触觉传感器,当您轻轻地抚摸,它就会一边拍打着翅膀,一边发出唧唧的叫声,十分可爱。它无需喂养,也省去了主人为它清理粪便的麻烦,而且娇小玲珑,乖巧可爱。 3.日本新型护理机器人 除了能感受一定压强的5个触觉传感器外,“瑞曼”还配置了视觉、听觉和嗅觉传感器,可以根据声源定位并通过视觉处理找到呼唤它的人,理解声音指令,然后横抱起病人。 4.未来找个机器人结婚吧 身体的关键部位都安装有触觉传感器,伴随着感受到的触觉做出相应的反应。 有5种不同个性供顾客拣选。顾客更可拣选身材、肤色符合个人要求的“完美女伴”。 皮肤下有触觉传感器阵 5.手指也能听音乐?三星携"震动"P3登场 用手指头听音乐?听起来好像不可思议…… 但三星日前即将推出一款新品MP4音乐播放器确实给广大音乐爱好者带来这样的惊喜,它就是三星最新力作震动屏MP4播放器YP-P3,彻底改变了传统用耳朵听音乐的方式,开辟了用手指“感触”音乐的新的音乐体验方式。 6.“三维显示系统”继承触觉传感器图像也可触摸! 日本NTT的研究人员发布了一套全新的三维显示系统,可以还原三维影像中的触觉感受。当观众带上特殊的手套后,就可以触摸视频中物体。 该系统通过一对摄像头对系统所需数据(如物体的位置、形状和大小等)进行采集和处理,并制作成影像。最终两个摄像头所采集的影像被合成为一套三维影像传送到接收端的屏幕上,影像中物体的物理数据也会同时传送到手套上通过触觉传感器最终让用户体验到三维影像和物理触觉。 The End! Thank you ! Department of Electrical Engineering 触觉传感器的发展及应用 演讲内容 1.触觉与触觉传感器 2.触觉传感器的基本原理 3.触觉传感的发展趋势 4.触觉传感器的应用(举例说明) 触觉与触觉传感器 先来看一下触觉传感器长什么样子的吧! 三轴触觉传感 球式滑觉传感器 日本制造的触觉传感器手套 一. 触觉与触觉传感器 触觉:人体皮肤通过与物体表面的接触,对物体的粗糙度、硬度、导热性、温度、湿度、锐利性、振动、触觉力、触觉压力等物理性能的综合反映。 触觉的分类 广义:它包括接触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等与接触有关的感觉; 狭义:它是机械手与对象接触面上的力感觉。 触觉传感器的作用:通过触觉传感器与被测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。 触觉传感器的分类:按功能大致可分为接触觉传感器、力-力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。 触觉传感器可以感知的属性 1)简单接触:传感器和物体之间是否接触。 2)力的大小:接触物体施加于传感点上的力的量值,包括力、扭矩法向力和切向力等。 3)三维形状:接触物体的相关三维尺寸等。 4)滑移:可以表示接触物体相对于传感器表面滑动的数据。典型的例子是装在机器人机械手上的滑移传感器。 5)热力性质:接触物体的热传导性和绝对温度。 触觉传感器还可以潜在地感知其它一些性质,诸如纹理、硬度、干燥度等。 七种主要触觉传感器传感原理 敏感材料 触觉力、触觉压力、硬度的测量(举例) 此传感器头由PVDF压电膜和基座组成,四角锥体由导电树脂材料制成,上面覆盖一层薄的硅橡胶可直接接触物体,基座由环氧树脂材料制成。施加于四角锥体上的力,在4块PVDF压电膜上产生不同的触觉压力与触觉力,同时测出其变形信号,PVDF压电膜激起与外力成正比的电荷Q,电荷Q经Q/V转换成电压V,经A/D变换成数字信号,送计算机处理,在显示器上显示触觉力、触觉压力、硬度的值。 演讲内容之二 1.什么是触觉传感器 2.几种触觉传感器的基本原理 3.触觉传感的发展趋势 4.触觉传感器的应用(举例说明) 几种触觉传感器的基本原理 1.压阻式触觉传感器 原理:利用弹性体材料的电阻率随压力大小的变化而变化的性质制成,并把接触面上的压力信号变为电信号。 下图是用高分子压阻复合膜设计研制的三轴触觉传感器。 该三轴触觉传感器由四个传感悬梁臂及粘贴在各悬梁臂表面和侧面的高分子压阻复合薄膜组成。 1)当正应力作用在传感梁上时,传感器通过四个悬梁臂上表面的压阻敏感薄膜的变形情况检测正应力的大小。 2)当剪切力作用在传感器表面时,悬梁臂侧面的压阻敏感薄膜发生形变,以此来检测剪切力的大小。 2.电容效应式触觉传感器 原理:在外力作用下使两极板间的相对位置发生变化,从而导致电容变化,通过检测电容变化量来获取受力信息。 例如:上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室研制的柔性电容式触觉传感器可测量任意形状物体表面的接触力。 当在传感器表面施加三维力F,且F与X-Y平面、X-Z平面的夹角分别为θ、Φ。则F的三个分力可表示为: z方向的分力对应电容器的极板间距(即介电层的厚度)的变化;x、y方向的分力对应于电容器两极板间的叠加面积的变化;最后将电容值的变化转化成电压信号实现对F的测量。 3.磁导式触觉传感器 原理:在外力作用下磁场发生变化,并把磁场的变化通过磁路系统转换为电信号,从而感受接触面上的压力信息。 优点:灵敏度体积小,输出随磁场强度成比例变化的模拟电压信号,灵敏度很高,工作条件要求很低,只要提供有变化的磁场就可以工作。 例如:1999年,哈尔滨工业大学机器人研究所设计的基于磁敏Z元件的触觉传感器 Department of Electrical Engineering