线驱软体手术机器人形状感知及控制

作     者：Muhammad Ali Mahmood 

作者单位：上海交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王贺升

授予年度：2018年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：探头 触觉传感阵列 串扰 光纤 核磁环境兼容性 

摘      要：长久以来,机器人的应用范围主要集中在工厂的装配生产线中。现如今,机器人在其他方面也融入了人们的生活。人类拥有五感,即:触觉、视觉、听觉、味觉和嗅觉。如果缺少这五感中的任何一种感觉,人类将无法与其周围环境进行完整的互动。使用这些感觉可以更好地对机器人进行操作。考虑加入触觉的情况:现今存在许多使用不同原理制成的力反馈传感器和传感阵列,但其中大多数的传感器的缺点在于其不能内应用至强磁场的环境下,或其仅可测量时变的力。本文提出了一种可应用于强磁场环境下的触觉系统的设计和实现。硬件部分包括三部分:光源、触觉传感阵列探头、可探测光强的相机。触觉传感阵列探头的实验室原型由ABS材质制作而成,其功能为转换加至光源上的力。使用光纤将光信号从光源传输至探头,并将反射光信号自探头传输至相机。探头具有14个传感单元,每个单元的直径为3.9毫米。每个传感单元都具有独立的灵活结构,这种结构可以消除相邻单元之间的干扰。每个传感单元都将施加的力转换成光信号。这些光信号由安装在光纤另一端的相机进行捕捉。在由相机捕捉后,使用图像处理技术对光强图进行处理,并提取出施加的力的信息。所述图像处理技术在MATLAB中实现,并使用线性回归计算施加的力与光强图之间的关系。探头由商用触觉传感器ZNBHM进行校正。在校正探头后,将其动态响应与商用传感器进行对比。除此之外,使用探头检测光滑圆柱物体的形状。实验结果表明本文所提出的传感器可以准确地测量施加的力。每一个传感单元都可以测量0-5N之间的力。另外,本文所提出的传感系统的造价低廉、轻便且不易腐蚀生锈,适用于条件恶劣的环境。