机器人滑觉传感器.ppt

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1、机械手实现灵巧抓取的新型滑觉传感器2012.4.261主要内容：1.研究背景简介2.滑觉传感器的基本原理及组成结构3.传感器输出信号的频谱分析4.基于滑觉传感器的抓取力实时控制5.全文总结及研究方向概述21.研究背景简介在机器人技术研究领域中，机械手是一种实际应用较广泛的自动化机械装置，涉及工业制造、医学治疗、军事以及太空探索等领域。机械手必须具备以下特点：多自由度——实现物体的抓取，并进行一系列操作；软抓取技术——实现机器人智能作业的关键技术之一；3软抓取技术使易碎物品的无损伤抓取成为现实，实现软抓取需在机械手上安装相应的传感器以获取抓取位

2、置、抓取力以及滑动等信息。滑觉传感器是一种主要应用于检测机械手手爪与被夹持物体之间相对滑动的装置，其性能优劣直接决定了机械手能否顺利完成软抓取任务。4滑觉传感器国内外研究现状滑动传感器的研究大多是通过物体滑动时将产生的物理变化量转换为电信号来检测物体是否产生滑动。Maeno等在对人手指垫有限元分析的基础上，研制出一种模仿人抓取物体特征的滑觉传感器。传感器弹性接触表面安装有多个应变计，用于检测滑动时凸脊的应变速度，通过检测边缘初始滑动时的振动信号判断物体有无发生整体滑动趋势。在未知物体重量和表面摩擦系数的情况下实现了对物体成功抓取。5滑觉传感器国

3、内外研究现状天津大学研制的基于光电原理的机器人用滑觉传感器，通过把物理的滑动信号转变为光信号，利用光电元件把光信号转变为电信号进行检测获取物体滑动信息。传感器基本结构1.基座2.光电器件3.滑觉触头4.反射镜面5.夹持工作面6滑觉传感器国内外研究现状滑觉传感器主要有电容式、压阻式、磁敏式、光纤式和压电式等类型。其中，压电式应用较广，可同时检测触觉和滑觉信号，但触觉信号和滑觉信号的分离存在一定困难。滑觉传感器主要存在以下问题：物理尺寸较大，重量大；结构复杂，所需连接线较多；检测精度低、灵敏度不高；对于形状不规则的物体难以辨别接触、非接触以及滑动状

4、态；随着机器人工作环境的复杂化，对机械手的操作性能要求越来越高，尤其信息融合技术的发展，需要在一只机械手指上安装多个滑觉传感器，这就对传感器的体积、精度以及结构等方面提出了更高的要求。72.滑觉传感器的基本原理及组成结构力敏导电硅橡胶及其特性力敏导电硅橡胶是一种性能优良的柔性触滑觉传感器材料，是以导电材料为填充粒子，基体采用胶体的一种高分子复合材料，炭黑填充型导电材料应用较广泛；Fig.(a)Initialstate(b)Currentrouteformation(c)Currentroutereduction(d)Currentroutere

5、covery(a)(b)(c)(d)8传感器的基本结构两电极交替盘绕成螺旋结构（6mm×6mm），放置在环氧树脂玻璃或柔软纸板基底上，力敏导电橡胶安装在电极的正上方。在滑觉传感器工作过程中，通过检测正负电极间的电压信号并通过ADC将其转换成数字信号，采用DSP芯片进行数字信号处理并输出结果，判定物体是否产生滑动。Fig.Thebasicstructureofslipsensor9A：物体受切向力产生切向变形，R增大，Vc增大；B：在切向力作用下，物体沿传感器表面发生滑动的瞬时刻前，R不稳定，传感器输出的电压信号Vc表现为复杂的波动现象。Fig.

6、Changeinvoltageimmediatelybeforeslip10小波变换小波变换是一种强有力的时频分析工具，是在克服傅立叶变换缺点的基础上发展而来的，已成功应用于信号处理、图像处理、模式识别等众多领域。小波变换在时域和频域均具有很好的局部化特征，能够提供目标信号各个频率子段的频率信息。小波基函数将小波母函数进行伸缩与平移：其中，a为尺度因子，τ为平移因子。称是依赖参数a、τ的小波基函数。3.传感器输出信号的频谱分析数学显微镜小波变换通过平移母小波可获得信号的时间信息，而通过缩放小波的宽度(尺度)可获得信号的频率特性。根据母小波的缩放

7、和平移可计算计算小波的系数，小波系数表征小波和局部信号之间的相互关系。11将任意L2(R)空间中的函数f(t)在小波基下进行展开，这种展开即为函数f(t)的连续小波变换。连续小波变换(ContinuousWaveletTransform,CWT)变换过程选择小波函数及其尺度a值。从信号的起始位置开始，将小波函数和信号进行比较，即计算小波系数，系数反映了这种波形的相关程度。沿时间轴移动小波函数，在新的位置计算小波系数，直至信号的终点。改变尺度a值，重复上述步骤12离散小波变换(DiscreteWaveletTransform,DWT)连续小波变换

8、的计算量较大，为减小小波变换系数冗余度，将小波基函数的a、τ限定在一些离散点上取值。缩放因子和平移因子一般都选择为2^j的倍数。任意L2(R)空间中的