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国产机器人用到的这项技术依然被日本“卡脖子”!触觉传感器的应用知多少

机器人521 2018-05-30 14:15 发文

近年来,优秀的国产核心零部件厂商逐渐成长起来,如振康、绿的等,很多国产机器人零部件精度、稳定性已经可以替代进口。但是中国机器人有一项技术依旧依赖进口,那就是触觉传感器技术。日本的阵列式触觉传感器可以做到巴掌大小,每个售价10万元。

什么是触觉传感器

触觉传感器是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。按功能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。

它的原理并不复杂,就是通过向一个一个具有“触觉”的阵列施以压力,产生电流,再向机器人传输二进制信号,并通过更高层的算法实现软件和硬件的协同反应,进而实现触觉操作的反馈,以及输入和输出。

触觉传感器难就难在要灵敏地捕捉到“一点点”压力的输入,并给出严格匹配的输出。需要稳定、精确的输出,并且消除不同“维”间的耦合干扰。

日本阵列式传感器能在10厘米*10厘米大小的基质中分布100个敏感元件,能保持严格的均一、稳定性。

多维力传感器

多维力传感器是触觉传感器的一种。多维力传感器指的是一种能够同时测量两个方向以上力及力矩分量的力传感器。六维力传感器是智能机器人重要的传感器,它能同时检测三维空间(笛卡尔坐标系)的全力信息,即三个力分量和三个力矩分量。

多维力传感器与单轴力传感器比较,除了要解决对所测力分量敏感的单调性和一致性问题外,还要解决因结构加工和工艺误差引起的维间(轴间)干扰问题、动静态标定问题以及矢量运算中的解耦算法和电路实现等。

触觉传感器的应用:

1.让假肢获得接近真实的触觉

假肢可以奇迹般地恢复一些截肢者失去的功能,但它们至今尚无法完成一件事,那就是恢复准确的触觉。如今,研究人员报告说,在不远的将来,利用触觉传感器,这些人造的手臂和腿脚有可能获得接近真实的触觉。

2.力传感器赋予工业机器人手腕触觉

力传感器安装在机器人和它操作的机台之间,这样两者间的所有力都能被机器人和机台感知和监控。

3.触觉传感器应用于仿生机器人

目前,一些仿生机器人,是基于对骨骼等的研究而生产出来的,用于航天或工业辅助用途,这些仿生机器人会在很严苛的环境下工作,对零部件的要求很高,需要应用到触觉传感器。

4.穿戴式触觉传感器

近年来,便携式智能电子产品发展日新月异,出现了众多多功能的可穿戴器件。将电子产品用于手镯、眼镜和鞋子等随身穿戴品一样“穿戴”在身上已然成为一种新时尚。其中,穿戴式触觉传感器是当下科技圈最前沿的领域之一,可模仿人与外界环境直接接触时的触觉功能,主要包括对力信号、热信号和湿信号的探测,是物联网的神经末梢和辅助人类全面感知自然及自己的核心元件。

穿戴式触觉传感器通常构建在类似皮肤的弹性基底或者可伸缩的织物上以获得柔性和可伸缩性。随着材料科学、柔性电子和纳米技术的飞速发展,器件的灵敏度、量程、规模尺寸以及空间分辨率等基础性能提升迅速,甚至超越了人的皮肤。同时,为了适应对力、热、湿、气体、生物、化学等多刺激分辨的传感要求,器件设计更加更精巧,集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修复、自供能及可视化等实用功能的智能传感器件也应运而生。此外,穿戴式电子产品朝着集成化方向发展,即针对具体应用将触觉传感器与相关功能部件(如电源、无线收发模块、信号处理、执行器等)有效集成,打造具有良好柔性、空间适应性和功能性的穿戴式平台。

另外,触觉传感器的适用范围将大大拓宽,在人机交互系统、智能机器人、移动医疗等领域具有巨大的应用前景。

我国的研制情况:

精确、稳定的严苛要求,拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐。对于国内厂商来说,工艺不过关,生产产品的稳定性、一致性无法保证。国内来看,从事研制气体传感器和温度传感器的企业,不少于100家,但却从来没有一家企业有涉及到过触觉传感器的研制。

另外,生产触觉传感器也面临材料纯度不够的问题。导电橡胶、导电塑料、碳纳米管、石墨烯等都是可用作触觉传感器的材料。 材料纯度不够使得触觉传感器技术难以走出实验室。

我国在触觉传感器的研制上,其实早已经有所涉足,早在1987年的时候,东南大学和中国科学院合肥机械智能研究所就获得过863重点专项的支持,目的是研制六维力传感器,当然,成果是有的,而且还不小。

根据东南大学仪器科学与工程学院院长宋爱国介绍,在静态精度上来看,我们已经可以将误差率缩小到1%到2%,这已经和世界先进水平相差无几,但是在动态精度上,我们仍然存在较大差距,误差率高达5%到10%。

触觉传感器在机器人上的应用是非常广泛的,希望我国触觉传感器技术能够实现创新,早日解决在触觉传感器领域被日本“卡脖子”的问题。

声明:本文为OFweek维科号作者发布,不代表OFweek维科号立场。如有侵权或其他问题,请及时联系我们举报。
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