检索结果-南通市图书馆

传感器技术 1993年第4期12卷 1-7页

作者：秦明黄庆安吕世骥张会珍东南大学

从目前硅电容式触觉传感阵列的研究现状出发,详细分析了各种阵列单元结构、加工工艺、读出电路的设计和性能特征等。最后探讨了今后触觉传感阵列的研究趋向和发展前景。

关键词：触觉传感阵列传感器硅电容式

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柔性磁致伸缩触觉传感阵列设计及物体识别

柔性磁致伸缩触觉传感阵列设计及物体识别

作者：刘莎莎河北工业大学

学位级别：硕士

触觉传感器是机器人实现智能感知的关键器件,在信息交互和传感认知过程中发挥十分重要的作用。近年来柔性电子学快速发展,基于不同机理的柔性触觉传感器不断涌现,但磁性触觉传感器由于材料和结构的限制,在构建柔性化、小型化、集成度高... 详细信息

触觉传感器是机器人实现智能感知的关键器件,在信息交互和传感认知过程中发挥十分重要的作用。近年来柔性电子学快速发展,基于不同机理的柔性触觉传感器不断涌现,但磁性触觉传感器由于材料和结构的限制,在构建柔性化、小型化、集成度高的感知系统方面进展缓慢。面对复杂的环境,现有单一磁性触觉传感器由于柔性缺失,接触点少等原因无法完全满足智能机械手对触觉信息的检测需求。为此,本文设计一种柔性磁致伸缩触觉传感阵列,对传感阵列的输出特性和应用进行研究。基于自然界中生物的毛发感知系统,本文采用磁致伸缩材料Galfenol细丝设计了一种仿生磁致伸缩触觉传感单元,根据逆磁致伸缩效应、线性压磁方程和材料力学原理建立传感单元的输出特性模型。通过仿真和实验对传感单元进行了结构优化,确定了最佳偏置磁场,霍尔元件位置及细丝参数。实验测试了传感单元的静态和动态输出特性,该传感单元对接触力的线性检测范围为0～3 N,灵敏度为14.52 m V/N,对1～4Hz的动态力响应良好,响应时间小于100 ms。磁致伸缩传感单元结构简单,体积微小,易于集成阵列。为了实现多触点信息检测,设计了3×3触觉传感阵列,采用仿真软件分析了磁场-应力场耦合作用下,传感阵列中横向和纵向永磁体对细丝上磁场分布以及单元输出结果的影响,通过共用永磁体和控制纵向距离的方式降低了阵列中的磁场干扰。制作了传感阵列样机并进行柔性封装,传感阵列的灵敏度为47.76 m V/N,磁场干扰影响下非受力单元输出与受力单元输出的最大占比不超过7%,不同位置的传感单元迟滞性和重复性基本一致,对接触力反应灵敏。将触觉传感阵列安装到二指机械手的指节上,在抓取具有不同特征(形状、硬度、尺寸)的模具时,柔性传感阵列能顺应机械手指的弯曲更好地贴合物体,根据输出电压波形可以提取识别物体的特征值。设计了BP神经网络算法用以识别具有平面、柱面和球面特征的日常用品,选择传感阵列输出电压、接触物体时触点数和机械手稳定抓取时位置作为特征值,经过算法学习后对不同特征的物体识别率达到90%以上。结果表明,研制的磁致伸缩触觉传感阵列能够有效应用于目标物体识别。

关键词：传感单元 Galfenol细丝触觉传感阵列磁场干扰目标识别

面向假肢手抓取中触滑觉检测的柔性触觉传感阵列研究

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面向假肢手抓取中触滑觉检测的柔性触觉传感阵列研究

作者：席凯伦浙江大学

学位级别：硕士

本学位论文结合国家重点基础研究发展计划(973计划,项目编号：2011CB013300)、国家自然科学基金项目(项目编号：51575485,51105333)和浙江省自然科学基金项目(项目编号：LY16E050002),开展了用于假肢手的具有三维力测量和滑移识别功能... 详细信息

本学位论文结合国家重点基础研究发展计划(973计划,项目编号：2011CB013300)、国家自然科学基金项目(项目编号：51575485,51105333)和浙江省自然科学基金项目(项目编号：LY16E050002),开展了用于假肢手的具有三维力测量和滑移识别功能的柔性触觉传感阵列的研究。首先,设计了一种基于INASTOMER导电橡胶的柔性触觉传感阵列,并且详细阐述了其三维力测试和滑移检测的工作原理。然后,系统研究了触觉传感器阵列的制造工艺。接着,开发了该柔性触觉传感阵列的数据采集系统,包括基于DSP F2812的触觉传感阵列检测电路的开发和基于Lab VIEW软件的数据采集上位机程序的编写。最后,利用触觉传感阵列的数据采集系统,进行了传感阵列的静态性能检测实验,获得力分辨率、灵敏度、测力量程、重复性、非线性、迟滞性等静态性能指标,完成了触觉传感阵列装载于假肢手的抓取实验,并利用离散小波变换的方法进行了单元滑移检测以及传感阵列抓取过程的滑移检测。第1章,阐述了本学术论文的研究背景和意义,详细介绍了当前国内外智能假肢手、柔性触觉传感器以及三维力与滑移特征信息处理方法的研究现状,确定了论文的主要研究内容和结构框架。第2章,设计了一种基于INASTOMER导电橡胶材料的柔性触觉传感阵列。该3×3的触觉传感阵列是由柔性电极层、导电橡胶层和表层凸起三层结构组成,并配置有Velcro尼龙搭扣的结构,便于传感阵列在非规则曲面上的安装。此外,详细阐述了该触觉传感阵列的工作原理,包括其单元三维力测试原理和基于离散小波变换理论的滑移检测原理。第3章,为解决阵列结构扫描检测引线多的问题,设计了柔性电极层的行列并行走线方式。基于柔性电路印刷技术,制造了具有“五电极”结构的柔性电极层。通过铝制模具制造了导电橡胶层和表层凸起,并对柔性触觉传感阵列的整体装配。第4章,开发了该柔性触觉传感阵列的数据采集系统。设计了基于DSP TMS320F2812芯片的触觉传感阵列的高速扫描检测电路,完成了电路原理图的绘制、电路板的制造和DSP控制程序的编写,并开发了基于LabVIEW软件的数据采集上位机程序。第5章,利用触觉传感阵列的数据采集系统,开展了触觉传感阵列相应的静态特性、抓取过程以及滑移检测等实验研究。静态性能实验结果表明：研制的柔性触觉传感阵列具有0.1 N的力分辨率,z-、x-和y-方向的测力量程分别为0～30 N、-5～5 N、-5～5 N,灵敏度分别为0.081 V/N、0.210 V/N、0.247 V/N,精确度分别为3.15%、4.63%、7.56%。传感阵列具有良好的重复性,较低的迟滞性和良好的线性,三个量化指标分别为5.22%,4.97%和3.10%。将触觉传感阵列穿戴于假肢手上进行了物体抓取过程中的三维力和滑移测试的实验。结果表明,研制的柔性触觉传感阵列具备分布式柔性三维触觉力和滑移检测的功能,基于离散小波变换的方法,能有效识别出物体抓取过程中的滑移特征信息。第6章,总结了本学位论文的研究工作,并对未来的研究工作进行了展望。

关键词：触觉传感阵列假肢手导电橡胶滑移检测三维力测试

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触觉传感阵列的接触物体形状识别研究

科技资讯 2010年第16期8卷 34-34,36页

作者：曾晓宏朱承董征宇重庆电子工程职业学院重庆401331

本文提出了一种三维表面的矩阵运算方法,这种方法可应用于处理触觉传感阵列的接触物外形恢复问题。运用这种方法得到一种有效的接触物外形识别的运算方法和机器人触觉的控制方案。

关键词：触觉传感阵列识别意识

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电容式触觉传感阵列单元的理论设计

电子器件 1992年第4期15卷 235-242页

作者：黄如吕世骥东南大学微电子中心

本文主要分析了16×16电容式触觉传感阵列中一种新的单元结构——异型膜结构的理论设计.建立了异型膜模型,并首次通过求解大挠度情况下的挠曲微分方程,对异型膜进行数值模拟,研究了异型膜的结构参数对传感器灵敏度的影响,并估算出外力... 详细信息

本文主要分析了16×16电容式触觉传感阵列中一种新的单元结构——异型膜结构的理论设计.建立了异型膜模型,并首次通过求解大挠度情况下的挠曲微分方程,对异型膜进行数值模拟,研究了异型膜的结构参数对传感器灵敏度的影响,并估算出外力的动态范围.结合实践,为阵列单元设计提供了可靠的理论依据.

关键词：触觉传感阵列机器人电容式设计

基于改进粒子群算法的光纤光栅压触觉传感阵列测点优化

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南通大学学报（自然科学版） 2021年第3期20卷 41-48页

作者：陆观刘宏林徐一鸣南通大学机械工程学院江苏南通226019 南通大学电气工程学院江苏南通226019

为了解决机器人手指压触觉测量中检测系统存在的电磁干扰问题,目前很多研究中采用了具有抗电磁干扰、体积小、质量轻且易封装等优势的光纤光栅压触觉传感阵列。针对机器人手指压触觉传感阵列测点排布问题,提出了一种基于改进粒子群算法... 详细信息

为了解决机器人手指压触觉测量中检测系统存在的电磁干扰问题,目前很多研究中采用了具有抗电磁干扰、体积小、质量轻且易封装等优势的光纤光栅压触觉传感阵列。针对机器人手指压触觉传感阵列测点排布问题,提出了一种基于改进粒子群算法的测点优化方法。首先通过有限元仿真得出机器人手指抓握过程的应变场分布情况,然后基于应变场分布结果进行传感阵列测点初选,接着利用改进粒子群算法进行测点优化设计,最后得出载荷较优的测点组合并进行了机器人手指抓取感知实验。基于改进粒子群算法的测点优化仿真实验结果表明,该方法得出的单指及多指的测点组合可以将受力状态识别百分比误差缩小到10%以内,提高了传感器的精度,并通过机器人手指抓取感知实验验证了传感阵列的压触觉感知性能。

关键词：光纤光栅机器人手指触觉传感阵列粒子群算法测点优化

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基于传感阵列的触觉图像超分辨率算法研究

基于传感阵列的触觉图像超分辨率算法研究

作者：仇超东南大学

学位级别：硕士

将触觉传感器获取的机器人、可穿戴设备、医疗器械等和外界交互产生的压力、温度等触觉信息以图像的形式表现出来可以形成触觉图像。而目前触觉传感阵列是获得这些触觉信息的主要途径。不同于视觉传感单元（如CCD/CMOS）,触觉传感阵列... 详细信息

将触觉传感器获取的机器人、可穿戴设备、医疗器械等和外界交互产生的压力、温度等触觉信息以图像的形式表现出来可以形成触觉图像。而目前触觉传感阵列是获得这些触觉信息的主要途径。不同于视觉传感单元（如CCD/CMOS）,触觉传感阵列的传感单元具有工作原理多样、尺寸大、读取电路复杂而难于集成等特点。为了提高触觉图像的分辨率,本文进行了基于传感阵列的触觉图像超分辨率算法研究。首先,研究了触觉图像特点;其次,分别研究了单帧和序列触觉图像的超分辨率重建算法;接着,搭建了基于MATLAB和MFC混合编程的触觉图像超分辨率重建系统;最后,实施了触觉图像的噪点检测、序列运动估计、超分辨率重建等一系列实验。本文主要研究内容如下:1.研究了基于传感阵列的触觉图像成像系统,得出了触觉图像具有获取原理多样、触觉交互复杂、分辨率低等特点,总结了触觉图像和视觉图像的异同点,分析了触觉图像超分辨率重建的可行性和存在的挑战。2.针对采集的触觉图像可能含有噪点的问题,提出了一种基于邻域商的噪点检测算法。实验结果表明,该噪点检测算法的代价优于局部标准差噪点检测算法的代价,运行速度优于邻域差噪点检测算法的运行速度。而后,研究了单帧触觉图像超分辨率重建算法,并且将插值算法应用于单帧触觉图像超分辨率重建。因为插值会造成触觉图像边缘模糊、对比度降低,所以探究了图像增强算法,并采用直方图均衡化进行触觉图像增强。3.序列触觉图像超分辨率重建需要估计触觉图像的亚像素位移。由于待超分辨率重建的触觉图像分辨率很低,一个较小的位移会使触觉图像结构分布发生很大的变化。针对现有的数字图像运动估计算法不能完全适用于触觉图像的问题,提出了一种适合于低分辨率触觉图像的全局位移估计算法,即自适应参考模板互相关（Adaptive Reference Template Cross-correlation,ARTC）算法。ARTC算法首先在参考触觉矩阵中自适应选择合适的参考模板,然后使用相关搜索算法在待估计触觉矩阵中搜索最相似子区,得到整像素位移,最后使用曲面拟合法进一步的估计亚像素位移。实验结果表明,在序列触觉图像分辨率为8×8的情况下,本文提出的ARTC算法触觉图像位移估计精度优于相位相关算法、仿射算法、SIFT算法的精度。4.基于实验室现有的16×16压阻传感阵列,开发了基于MFC和MATLAB混合编程的触觉图像超分辨率重建系统,具有单帧和序列触觉图像超分辨率重建功能。实验结果表明,所设计的超分辨率重建系统可明显增加低分辨率触觉图像的分辨率,且能够提高其对比度和清晰度。

关键词：触觉图像触觉传感阵列触觉图像超分辨率触觉图像运动估计

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基于传感阵列的动态足底压力分布测量系统

仪器仪表学报 2022年第6期43卷 83-91页

作者：孙东杰宋爱国东南大学仪器科学与工程学院南京210096

足底压力分布与人体健康具有很大关联性,足底压力分布异常变化是某些足病的早期症状。为帮助患者预防足病,实时监测足底压力分布,研制了一种基于触觉传感阵列的动态足底压力分布测量系统。系统共有48个传感单元,测量误差小于2.4%,可对... 详细信息

足底压力分布与人体健康具有很大关联性,足底压力分布异常变化是某些足病的早期症状。为帮助患者预防足病,实时监测足底压力分布,研制了一种基于触觉传感阵列的动态足底压力分布测量系统。系统共有48个传感单元,测量误差小于2.4%,可对足底各区域压力进行精确采集,并采用可穿戴式设计,将数据采集系统固定于脚踝,通过蓝牙与上位机连接。此外,针对传统压力分析方法无法对运动过程中压力分布变化进行分析的缺陷,提出了一种动态足底压力分布分析方法,通过支持向量机对人体足底压力数据进行分类,达到了98.6%的分类正确率;并在此基础上引入步态相典型压力分布指标,与传统分析指标相结合,实现对人体健康状态的分析与评价。实验证明,该系统可以准确测量运动状态下的足底压力分布、分析异常状态下的压力分布变化并对压力异常区域进行预警。

关键词：触觉传感阵列足底压力分布动态可穿戴支持向量机

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线驱软体手术机器人形状感知及控制

线驱软体手术机器人形状感知及控制

作者： Muhammad Ali Mahmood 上海交通大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：探头触觉传感阵列串扰光纤核磁环境兼容性

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面向机器人智能皮肤的柔性触觉传感器研究

面向机器人智能皮肤的柔性触觉传感器研究

作者：吉张萍苏州大学

学位级别：硕士

中国制造业未来将呈现大量使用工业机器人、生产自动化趋势,工业生产模式也逐渐从机器人执行简单重复性任务变为人与机器人协作工作,完成更广泛的、更复杂的任务。在人机协作机制下,机器人和操作人员并肩工作而无安全围栏隔离,容易发生... 详细信息

中国制造业未来将呈现大量使用工业机器人、生产自动化趋势,工业生产模式也逐渐从机器人执行简单重复性任务变为人与机器人协作工作,完成更广泛的、更复杂的任务。在人机协作机制下,机器人和操作人员并肩工作而无安全围栏隔离,容易发生安全事故。为了确保机器人和人在协作过程中的安全,机器人需要具备感知能力,能够感知周围的环境,及时做出避障或急停响应,实现人机安全协作。面向机器人智能皮肤的柔性触觉传感器的研究正是在这一需求上发展起来的。本文针对机器人安全避障、人机安全协作的需求,设计适用于机器人智能皮肤的柔性触觉传感器。首先基于电容传感原理对柔性触觉传感进行整体方案设计,并通过微加工工艺引入了微结构,提高了传感器的灵敏度,然后设计触觉反馈电路系统,将感知到的触觉信息反馈给机械臂控制中心,实现机械臂的智能安全避障功能。由于该柔性触觉传感器在覆盖面积和大规模商业化应用的局限性,所以本文对其进行方案优化,设计一种适用于大型工业机器人的柔性摩擦电式触觉传感器,并实现了工业机器人的智能安全急停功能。本文主要研究内容如下:(1)基于PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)柔性衬底和PDMS(聚二甲基硅氧烷)柔性介电层设计了一种柔性电容式触觉传感阵列,能够将外界作用力转变为电容输出。通过微加工工艺在介电层上引入四种不同的微结构以提高传感阵列的灵敏度,并测试对比它们的灵敏度,得到最优设计的柔性电容式传感阵列,该传感阵列在0-1N量程内的灵敏度为35.9%/N。(2)基于柔性电容式传感阵列,开发了一种触觉信号反馈电路系统,将传感阵列的电容信号转变为电压信号,并加以处理反馈给机器人控制中心,控制机器人下一步动作,将该系统应用在小型机械臂上并进行了触觉反馈实验,实现了机械臂的智能安全避障功能。(3)对柔性触觉传感阵列进行方案改进,设计了一种能应用到大型工业机器人上的柔性摩擦电式触觉传感器,基于摩擦生电和静电感应机理将外界作用力转化为电压信号,具有面积大、成本低廉、可自供电等优点,并采用卷到卷式紫外压印工艺在摩擦材料PET薄膜上压印微结构形貌,实现了批量化的大面积表面处理工艺,提高了传感阵列的灵敏度。(4)搭建了一种基于柔性摩擦电式传感阵列的触觉反馈系统,包括传感阵列、信号处理模块、继电器控制模块。本文将该触觉信号反馈系统集成到大型工业机器人上并测试,成功实现了机器人的智能安全急停功能,该系统的灵敏度(《0.1184m/s)和实时性(≤1.5ms)都能达到很高水平。

关键词：柔性电子皮肤触觉传感阵列电容式摩擦电式机器人安全避障