机器人感知智能 教案-第2章 机器人触觉感知.doc

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授课周次

第周

授课时间

2024年月日至2024年月日

课程章节

第二章机器人触觉感知

2.1机器人触觉感知概述

2.2机器人触觉感知传感器类型

1、机器人柔性触觉传感器

2、机器人阵列触觉传感器

3、机器人压觉传感器

4、机器人硬度传感器

5、机器人滑觉传感器

6、机器人空间机械臂力/力矩传感器

教学目的

1、理解机器人触觉感知概念

2、理解机器人触觉感知类型

内容提要及板书设计

第二章机器人触觉感知

2.1机器人触觉感知概述

2.2机器人触觉感知传感器类型

1、机器人柔性触觉传感器

2、机器人阵列触觉传感器

3、机器人压觉传感器

4、机器人硬度传感器

5、机器人滑觉传感器

6、机器人空间机械臂力/力矩传感器

重点、难点及解决方案

重点：机器人触觉感知概念

难点：机器人柔性和阵列触觉感知原理

教学内容时间分配

序号

教学内容

学时分配

1

机器人触觉感知概念

10

2

机器人触觉感知类型

20

3

机器人柔性和阵列触觉感知

20

4

机器人压觉、硬度、滑觉感知

20

5

机器人空间机械臂力/力矩传感器

20

教学手段

讲解

教学形式

（在右栏勾选）

理实一体（?）理论教学（）

实验（）实训（）上机（）

作业

作业完成方式

书面（?）电子（）

教学后记

注：教案按周次填写，课堂组织和教学过程设计填写在附页中。

附页：第周

序号

具体内容（课堂组织和教学过程设计）

授课改进意见及实时教学效果记录

第2章机器人触觉感知

2.1机器人触觉感知概述

机器人触觉是模拟人的感觉，广义的说它包括接触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等与接触有关的感觉，狭义的说它是机械手与对象接触面上的力感觉

机器人假手获取触觉信息一般是通过触觉传感器实现的，通过加载在机器人假手上的触觉传感器，假手的控制单元能收到假手抓握时的触觉信息，并根据触觉信息来调控假手的抓握力度。

图2.1配备触觉传感器的智能机器人手

随着硅材料微加工技术和计算机技术的发展，触觉传感器已逐步实现了集成化、微型化和智能化。

2.2机器人触觉感知传感器类型

按照所实现的功能，触觉传感器可分为接触觉传感器、力-力矩觉传感器、压觉传感器、硬度传感器、表面粗糙度传感器和滑觉传感器等。针对接触觉传感器还可分为柔性触觉传感器和阵列触觉传感器。

2.2.1机器人柔性触觉传感器

一、压阻式柔性触觉传感器

柔性触觉传感器的实现方式很多，主要分为压阻式、压电式和电容式。相较于压电式和电容式，压阻式柔性触觉传感器监测范围大、灵敏度高、成本低廉、工艺简单，是过去和未来柔性触觉传感器发展的主要方向。

图2.2压阻式柔性触觉传感器

由于导电敏感材料的不同，压阻式柔性触觉传感器可以分为基于导电聚合物的压阻式柔性触觉传感器和基于导电溶液的压阻式柔性触觉传感器。

二、压电式柔性触觉传感器

压电式柔性触觉传感器是基于压电材料的压电效应，基于压电效应的压电触觉传感器由于其结构简单、功耗低、经久耐用、灵敏度高、可靠性好等优点而被广泛使用。

图2.4压电效应原理

常用的压电材料有聚偏氟乙烯高分子薄膜、压电陶瓷以及部分金属氧化物等。基于聚偏氟乙烯高分子薄膜设计的仿人手指压电式柔性触觉传感器。

图2.7聚偏氟乙烯薄膜设计的仿人手指

对不同柔性触觉传感器的优缺点总结如下表所示。

2.2.2机器人阵列触觉传感器

阵列式触觉传感器是机器人最重要的传感器之一，它具有强有力的感知能力，能够实现很多视觉无法达到的功能，从而使机器人实现智能控制。

一、压阻式阵列触觉传感器

阵列的压阻式触觉传感器出现弥补了压阻式触觉传感器在更高维度的数据来判度力的大小、分布、以及接触的部位这一方面的不足。压阻式阵列触觉传感器的制作一般分为以下三步：

（一）压阻式触觉传感器的设计；

（二）压阻式传感器的阵列中触觉传感单元排列和固定；

（三）检测信号的采集及分析。

图2.9传感器多层阵列

二、电容式阵列触觉传感器

机器人电容式触觉阵列传感器通过检测电容变化量来测量受力的大小，此外，为了感觉更加细小单元的力，采用垂直交叉电极的形式，即阵列形式，可以减少引线的数目，通过对电容阵列传感器的行、列扫描来确定受力点的位置。

图2.10电容式阵列触觉传感器

2.2.3机器人压觉传感器

压觉传感器又称压力觉传感器，是安装于机器人手指上、用于感知被接触物体压力值大小的传感器。压觉传感器常用的检测元件种类很多，诸如电容、压电元件，压磁元件，应变片等，它们各自有不同的优缺点，其中应变式压觉传感