基于液压的柔性仿生触觉传感器设计

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1、万方数据iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiApplication．CommunicationI匝曩田—豳基于液压的柔性仿生触觉传感器设计DesignofaFlexibleBionicHapticSensorBasedonHydraulicPressure邱中一盛鑫军(上海交通大学机器人研究所，上海200240)摘要：设计并研制了一种柔性仿生触觉传感器。传感器基于将液体压强转换为输出电压的原理，集成带有纹理的柔性接触面与三轴加速度计，可以实现触滑信息的采集。传感器

2、采用了独立一体式的仿生手指结构设计，提高了系统的集成度与易用性。关键词：触觉传感器仿生液压柔性集成DOI：10．3969／j．issn．1007—080x．2014．04．013Abstract：Designedanddevelopedaflexiblebionichapticsensor．Byintegratingtexturedflexiblecontactsur-faceandatri—axialaccelerometer，thesensorbasedontransforminghydrau

3、licpressuretooutputvoltagecanachievetactileandslipinformation．Byapplyingstructureofbionicfinger，thelevelofintegrationandusabilityofthedevel-opedsensorisimproved．Keywords：hapticsensorbionichydraulicpressureflexibleintegration0引言触觉传感器用于人机触觉系统中模仿触觉功能的传感器

4、。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能⋯，研制满足要求的触觉传感器是人机触觉系统发展中的关键技术之一。传感器也是在触觉反馈系统中必不可缺的重要部分，它是触觉信息的获取途径。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现，已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案。触觉传感器采集的触觉信息主要有压力旧。、振动、位置、温度等，通过这些信息可以推测外界环境或物体的基本特征，从而为实现触觉反馈提供准确可靠的数据来源。20世纪90年代至今，随着敏感材料研究技术的发展和MEMS工艺的采用，触觉传感器由传统的传感

5、工作原理逐步向触觉传感阵列、仿生功能等方向发展。触觉传感阵列是通过对敏感材料的加工，使敏感面包含很多触觉敏感单元并以阵列的形式排列。触觉敏感单元相对于传统的触觉传感器来说可以获得更精细的触觉信息，借助计算机辅助分析，可以实现信息多元化∞j。虽然大部分触觉传感器仍处于实验室设计研究阶段，但是最近调查表明一些触觉传感器产品正逐步进入实用性阶段。本文在前人的研究成果和工业产品的基础上，设计了基于液体压强的柔性仿生触觉传感器，主要用于压力、振动和加速度的测量。1设计目标与原理目前传感器主要通过各种不同工作

6、原理的敏感材料贴敷在手指或机械手上。这种贴敷式的敏感材料虽然有较好的柔韧性与较高的空间分辨率，但是其作者简介：邱中一1989年生，硕士研究生。研究方向为振动触觉系统设计与机制分析。盛鑫军1978年生，讲师。主要研究方向为微电子封装装备、机电一体化、机器人学。2014．4I机电一体化53万方数据基于液压的柔性仿生触觉传感器设计iiiiiiiiii；iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii后续的信号处理模块很难与当前系统有很好的集成度；因此本设计的目标是独立式的模块化设计，并通过此模块与系统

7、方便地结合。为了兼顾传感器的精度和仿生性能，在触觉传感器的原理设计时考虑通过将压力或振动信号进行采集。液体具有压强，也可以在特定情况下表示压力的大小，而且液体相对于固体又有一定的可压缩性和流动性，与人体手指指尖的可按压变形的特性有相似的地方；因此，将液压的变化提取为触觉信息是本课题中触觉传感器的基本原理。通过建立这个基本原理，我们设计了仿生手指触觉传感器的基本构思图，见图1。图i仿生手指触觉传感器设计示意图由基本构思图可以看出这是一个独立式的触觉传感器设计，它的外形尺寸模仿了手指的指尖和手指中节两

8、个指节的构造。指尖主要由橡胶指套、塑料指骨、塑料指甲和液体组成。橡胶指套的作用是包裹液体与塑料指骨，并且在其表面有类似指纹的纹理设计。塑料指甲与指骨之间通过螺栓螺母结构夹紧，保证液体的密封性。中节指节内部主要由能检测液体压力大小并转化为电压信号的模块组成。两个指节之间相通并且液体充满其中。因为液体压强具有传递性，所以中节指节能够检测到触觉传感器指尖部位受压面的压力。2传感器结构设计传感器的结构建模由Solidworks完成。图2显示了传感器各部件的爆炸图。传感器主要由外壳、指骨、指