智能机器人触觉传感技术的研究进展_潘英俊.pdf

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1、智能机器人触觉传感技术的研究进展潘英俊重庆大学光电工程学院重庆400044摘要：本文介绍了国内外智能机器人触觉传感技术的研究动向和最新研究成果，指出：触觉传感器的微型化、阵列化、柔顺化、多传感器融合、多轴力同时感知、以及上述多功能集成是智能机器人触觉传感技术研究的发展趋势。关键词：智能机器人，触觉，传感技术ResearchandDevelopmentofTactileSensingTechnologyinIntelligentRobotsPanYingjun(Thecollegeofoptoelectronicsengineeri

2、ng,ChongQingUniversity;400044)【ABSTRACT】Thispaperpresentstherecentdevelopmentandresearchfruitsoftactilesensingtechnologyinintelligentrobotsathomeandabroad.Thefutureresearchdirectionoftactilesensorshouldbemicromation,array,flexibility,fusionofmulti-sensor,detectionofmu

3、lti-axisforce,andintegrationofalltheabovefunction.【KEYWORDS】IntelligentRobots,Tactile,SensingTechnology1.前言现在的机器人变得越来越精密和准确，它们的应用范围也随之不断扩大。现代工业生产发展中越来越复杂、细致的工作要求未来的智能机器人具有与人类一样的感知能力，目前关于智能机器人感知能力的研究可以基本地分为两大类：即触觉类传感技术和非触觉类传感技术。非触觉类的研究主要集中在视觉传感技术上，它通过对视频图像进行处理，为机器人提供工件

4、的位置信息，这些信息对机器人进行检测、识别和测量等操作以及决定机器人运动方向非常有用。但是这种方法成本太高，又不能提供像装配和控制工艺等所需力的信息；相反，触觉传感则能通过力的传感来提供这些信息，而且由于不需要很复杂的设备而价格较低，因为只有少量的信息需要传递和处理而效率很高。因此，从某种意义上说，尽管触觉不如视觉那样受到更广泛的研究，但它对于智能机器人却显得尤为重要。视觉最根本的目的是为了确定范围、识别物体和避免障碍物，事实上许多加工任务首先是要求机器人能够在抓紧而又不损坏工件的情况下进行操作，其次才是决定工件的物理特性（如重量

5、、形状、方向、硬度、纹理、温度等）。因此，最理想的触觉传感器不仅应能感知物体的形态，[1]还应能对物体施加恰到好处的力和力矩。从理论上看，触觉传感技术引发了一系列有关“智能”的问题，它在许多方面甚至比视觉更接近于机器人学的精髓，它甚至被认为是感觉与行动的智能连接器。事实上，触觉传感技术不仅包含机器人最基本的感知能力，它还更强调有关数据识别的问题，尤其是各个动作和行为之间所产生的[2]作用力。由此看来，触觉传感器对发展智能机器人具有相当重要的意义。要使机器人能在紧张而又危险的环境中替代人类，就必须让它象人一样灵敏地控制物体。事实上，

6、机器人无论在抓持物体还是行走时均是至少x、y、z三个方向的力在发生作用。利用触觉传感器检测垂直于表面的作用力是很容易的，但为了更好地控制物体，就必须能够检测切向分力。而在众多的触觉传感器中，能检测三轴力的仍不多见，因此三轴力触觉传感器逐渐成为智能机器人研究的一个重要组成部分。2.触觉传感技术发展方向分类机器人触觉在机器人非视觉传感技术领域里占有非常重要的位置，它的特点是经触摸获知目标物的多种物理信息，如：目标物的形状、表面粗糙度、抖动、抓取目标物时的夹持力、滑移等信息，这对视觉来说是无法替代的。正如人需要用眼睛寻找目标、用手去体验

7、一样。机器人触觉传感技术按其发展方向可分为以下几大类：2.1微型化图1真空微电子触觉传感器真空微电子触觉传感器主要由低偏压场致发射硅锥尖阵列，真空微腔和弹性阳极膜组成。在阴阳极之间加一偏压，当偏压加到一定时，阴极锥尖开始场致发射电子，在阴阳极间形成电流。当弹性阳极膜受力发生形变时，阴阳极间距离将发生变化。如果阴阳极间电压恒定，则阴极锥尖表面的电场强度就会随之变化，从而发射电流发生变化，于是通过测量发射电流的大小就能检测到弹性膜受到的压力或者检测到弹性膜形变的位移。2.2阵列化图2触觉传感阵列如图2所示为一种高分辨率阵列触觉传感器。

8、该传感器由8×8的电容阵列组成，其特点之一是把热阻器集成到电容触觉传感器阵列中。这就使得它能够检测到温度的梯度变化，从而更加便于识别物体，并能对机器人进行更好的控制。传感器的原型是经过简单的封装进行设计和构造的。测试结果表明该原型具有很好的线性度和