(完整版)机器人触觉传感器行业分析
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2024年工业机器人视觉系统市场需求分析 引言 工业机器人视觉系统是一种集成了图像处理、图像识别和机器学习等技术的系统,主要用于帮助工业机器人实现自主感知、检测和判断等功能。随着工业自动化的快速发展,工业机器人视觉系统成为工业生产中的重要组成部分。本文将对工业机器人视觉系统市场需求进行分析。
市场概述 工业机器人视觉系统市场是一个快速成长的市场,预计在未来几年内将继续保持高速增长。这主要是由于以下因素的推动:
1. 自动化需求增加:随着全球制造业的发展,对自动化生产的需求不断增加。工业机器人视觉系统能够提高生产效率和质量,因此受到制造业企业的青睐。
2. 人工智能技术进步:近年来,人工智能技术取得了巨大的突破,并被广泛应用于图像处理和机器学习领域。这使得工业机器人视觉系统的性能得到了显著提升,能够应对更加复杂的生产环境。
3. 成本下降:随着技术的进步和市场竞争的加剧,工业机器人视觉系统的价格逐渐下降,使得更多的中小型企业也能够承担使用工业机器人视觉系统的成本。 市场需求分析 1. 高精度和高速度 在工业生产中,高精度和高速度是工业机器人视觉系统的重要需求。制造业企业对产品质量和生产效率的要求越来越高,因此需要能够快速准确地处理大量图像数据的视觉系统。
2. 多功能和可定制化 不同的工业领域对于工业机器人视觉系统的需求也各不相同。因此,市场需求越来越倾向于多功能和可定制化的视觉系统。企业希望能够根据自己的实际需求来选择合适的功能和配置,以提高生产效率。
3. 简化和低成本维护 工业机器人视觉系统的维护成本一直是企业关注的问题。市场需求越来越倾向于简化和低成本维护的视觉系统,以降低企业的运营成本。
4. 智能化和自适应性 随着人工智能技术的进步,市场对于智能化和自适应性的工业机器人视觉系统需求增加。这些系统能够根据环境变化和任务要求,自动调整参数和算法,提高生产效率和适应性。 5. 数据安全和隐私保护 随着工业机器人视觉系统使用的数据规模增加,市场对于数据安全和隐私保护的需求也越来越高。企业需要能够确保数据的安全性和机密性,以防止数据泄露和侵权等问题。
2024年柔性传感器市场分析现状引言柔性传感器是一种新型的传感器技术,其具有柔性、薄型和轻量化等特点,因此在各个领域具有广泛的应用前景。
本文将对柔性传感器市场的现状进行分析,包括市场规模、市场发展趋势、应用领域等方面,并进一步探讨柔性传感器市场的发展前景。
市场规模目前,柔性传感器市场规模庞大且不断扩大。
根据市场研究公司对柔性传感器市场的调研数据显示,全球柔性传感器市场在过去几年中每年都保持着两位数的增长。
据预测,到2025年,全球柔性传感器市场规模将达到数十亿美元。
市场发展趋势1. IoT和智能穿戴设备的快速发展随着物联网(IoT)技术的快速发展,智能穿戴设备的普及,对柔性传感器的需求也越来越高。
柔性传感器可以与智能设备结合,帮助收集和分析各种人体指标数据,如心率、血压、体温等,为用户提供更加精准的健康管理和监测。
因此,柔性传感器在智能穿戴设备市场中有着广阔的发展空间。
2. 汽车电子设备的智能化和自动化随着汽车电子设备的智能化和自动化水平的提高,对柔性传感器的需求也在不断增加。
柔性传感器可以用于汽车座椅、方向盘、安全气囊等部件中,实现对车内环境、乘客状态等信息的实时监测和反馈。
因此,在汽车电子设备市场中,柔性传感器有着广阔的应用前景。
3. 医疗健康设备的迅速发展医疗健康设备是柔性传感器的另一个重要应用领域。
柔性传感器可以应用于生化传感、体外监测、手术辅助等方面,可以实现对人体健康状况的实时监测和数据采集。
随着人们对健康管理的日益重视,医疗健康设备市场的规模不断扩大,为柔性传感器提供了广阔的发展空间。
应用领域1. 体感交互柔性传感器在体感交互领域有着广泛的应用。
通过与人体接触,柔性传感器可以实时感知和记录人体的姿势、动作、力度等信息,为虚拟现实、增强现实等交互方式提供更加精确和自然的输入。
目前,柔性传感器在游戏、体育训练、人机交互等领域已经得到了广泛的应用。
2. 智能电子皮肤柔性传感器作为智能电子皮肤的关键组成部分,可以实现对物体的触摸、压力、温度等信息进行感知和反馈。
水下机器人中的传感器技术摘要:传感技术是未来实现水下机器人智能化的关键技术之一,未来水下机器人终将会代替人类进入许多复杂危险的多信息环境中执行任务。
而机器人手作为机器人与环境交互的重要部位,其传感器是使机器人具有触觉和滑觉等感知能力必不可少的媒介。
本文论述对水下机器人和传感器做一个简单的概述,然后对水下机器人常用的传感器进行分析,对压觉传感器、滑觉传感器和接触觉传感器做一个简单的概述。
关键词: 水下机器人;传感器;滑觉;感知Sensor technology in underwater robot Abstract: Sensor technology is one of the key technologies to realize the intelligent underwater robot in the future. In the future, the underwater robot will replace human to enter many complex and dangerous multi information environments to perform tasks. As an important part of the interaction between robot and environment, robot hand's sensor is an indispensable medium for robot to have the sense ability of touch and slide. This paper gives a brief overview of underwater robot and sensors, then analyzes the commonly used sensors of underwater robot, and gives a brief overview of pressure sensor, sliding senso r and contact senso r.Key words:Underwater robot; sensor; slide sense; perception.1 引言水下机器人学是近几十年来迅速发展起来的综合学科。
触觉传感器的应用场景
触觉传感器是一种能够模拟人类触觉并感知物体形态和质地的传感器。
它可以在不需要直接接触物体的情况下感知物体的形状、密度和硬度等信息,具有广泛的应用场景。
1. 工业制造领域:触觉传感器可以用于机器人的控制和监测,在装配和生产线上检测零件的质量和位置,增强机器人的操作精度和安全性。
2. 医疗领域:触觉传感器可以用于手术机器人的控制和导航,提高手术精度和安全性;还可以用于研究肌肉和神经系统的功能,帮助研究治疗肌肉萎缩症等疾病。
3. 航空航天领域:触觉传感器可以用于监测飞机和航天器表面的形状、温度和裂纹等缺陷,提高飞行安全性和性能。
4. 游戏和虚拟现实领域:触觉传感器可以用于增强游戏和虚拟现实的沉浸感,使玩家可以感受游戏中的触觉体验,从而提高游戏的趣味性和真实感。
5. 智能家居领域:触觉传感器可以用于智能家居的控制和安全监测,例如通过感知门窗的开关状态和手指触碰的方向来识别家庭成员,并提供相应的服务和场景。
总之,触觉传感器的应用场景非常广泛,随着技术的进步和应用的深入,相信它的应用前景会越来越广阔。
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机器人传感器原理机器人传感器是机器人的重要组成部分,用于感知周围环境,并将感知到的信息传递给机器人的控制系统,以便机器人做出相应的反应和决策。
机器人传感器的原理和工作方式各不相同,下面将以常见的机器人传感器为例进行介绍。
1.光电传感器:光电传感器是一种使用光学原理来感知和测量光线强度的传感器。
常见的光电传感器包括光电开关、光电二极管和光敏电阻等。
光电开关通过发射和接收光线的方式来检测物体的存在与否,常用于机器人的避障和辨识工作。
光电二极管可将光能转化为电能,常用于机器人的图像传感和光敏传感。
光敏电阻则根据光线的照射程度改变其电阻值,常用于机器人的光感应和亮度调节。
2.超声波传感器:超声波传感器是一种使用超声波原理来测量距离、检测物体的存在与否的传感器。
超声波传感器通过发射和接收超声波的方式来测量目标物体与传感器之间的距离,常用于机器人的避障和定位工作。
其原理是利用超声波在空气中传播的速度恒定,并且和传播距离成正比的特性,通过测量发射和接收超声波所需的时间来计算出距离。
3.触觉传感器:触觉传感器是一种用于感知和测量物体的力、压力和形状的传感器。
常见的触觉传感器包括力敏传感器、压敏传感器和形状传感器等。
力敏传感器通过测量受力物体的形变或位移来感知力的大小和方向,常用于机器人的抓取和操控。
压敏传感器则是通过测量物体对其施加的压力来感知压力的大小,常用于机器人的足底压力感知和步态控制。
形状传感器则是通过测量物体的形状和变形来感知物体的形状和变化。
4.视觉传感器:视觉传感器是一种用于感知和测量光波的能量和信息的传感器。
常见的视觉传感器包括摄像头、红外线摄像机和深度传感器等。
摄像头通过转换光波的能量为电能来感知光线的亮度和颜色,常用于机器人的图像识别和视觉定位。
红外线摄像机则是通过感知红外线的辐射来测量目标物体的温度,常用于机器人的热像识别和温度测量。
深度传感器则是通过发送和接收光脉冲来计算目标物体与传感器之间的距离,常用于机器人的三维建模和环境感知。
简述机器人多传感器信息融合发展趋势篇一:机器人是一种能够自主感知、操作和解决问题的计算机辅助设备,通常由多个传感器和执行器组成,如视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、运动传感器等,通过感知周围环境,自主决策并执行任务。
随着人工智能技术的快速发展,机器人的感知、决策、运动和执行任务的能力不断提高,并在许多领域取得了广泛的应用。
多传感器信息融合发展是机器人领域的一个重要趋势。
随着传感器技术的不断进步,机器人的感知能力得到了大幅提升,能够更好地感知和理解周围环境。
同时,随着计算机视觉、语音识别、自然语言处理等人工智能技术的不断发展,机器人的决策能力也得到了进一步提高,能够更准确地做出决策和执行任务。
在机器人多传感器信息融合发展的趋势中,传感器的选择和组合也在不断变化。
现在,机器人通常使用多个传感器来获取周围环境的信息,如视觉传感器、听觉传感器、触觉传感器、运动传感器等。
通过组合这些传感器,机器人能够更全面地感知周围环境,并更准确地进行决策和执行任务。
除了传感器的选择和组合,机器人多传感器信息融合发展的另一个重要趋势是数据的收集和处理。
现在,机器人通常使用各种传感器来收集周围环境的信息,这些数据通常需要进行预处理、存储和分析。
通过这些数据的处理,机器人能够更好地理解周围环境,并更准确地进行决策和执行任务。
在机器人多传感器信息融合发展的趋势中,还需要注意信息安全和隐私保护。
由于机器人在执行任务时可能会涉及到敏感信息,如人权数据、财务数据等,因此需要采取相应的安全措施来保护这些信息。
同时,也需要对机器人采集到的传感器数据进行分析和处理,以确保数据的安全和准确性。
机器人多传感器信息融合发展是一个不断演进的趋势,它为机器人的应用带来了更高的效率和更准确的能力。
篇二:机器人是一种能够自主执行任务的智能机械设备,通常由传感器、执行器和控制器组成。
传感器用于感知环境,执行器用于控制机器人的动作,控制器用于管理机器人的状态和任务。
机器人传感器的分类一、激光传感器激光传感器是机器人中常用的一种传感器,它利用激光束来测量目标物体的位置和距离。
激光传感器通过发射激光束并接收反射回来的光信号来实现测距和测量目标物体的形状和位置。
激光传感器广泛应用于机器人导航、障碍物检测、三维重建等领域。
二、摄像头传感器摄像头传感器是机器人中常见的一种传感器,它可以捕捉和记录环境中的图像和视频。
摄像头传感器可以用于视觉导航、目标识别、人脸识别等任务。
通过分析摄像头传感器捕捉到的图像和视频,机器人可以获取环境信息,从而做出相应的决策和行动。
三、触觉传感器触觉传感器是机器人中用于感知和测量物体接触力和变形的传感器。
触觉传感器可以通过测量物体的压力、形变、温度等参数来感知物体的状态。
触觉传感器广泛应用于机器人抓取、物体识别、力控制等领域。
四、声音传感器声音传感器是机器人中用于感知和识别声音的传感器。
声音传感器可以通过捕捉环境中的声音信号来判断声源的位置、音量、频率等信息。
声音传感器广泛应用于语音识别、环境监测、声音定位等任务。
五、气体传感器气体传感器是机器人中用于感知和检测气体浓度和成分的传感器。
气体传感器可以检测环境中的有害气体、温室气体等,帮助机器人判断环境是否安全和适宜。
气体传感器广泛应用于环境监测、气体泄漏检测、空气质量监测等领域。
六、温湿度传感器温湿度传感器是机器人中用于感知和测量环境温度和湿度的传感器。
温湿度传感器可以帮助机器人判断环境是否适宜,从而做出相应的调整和决策。
温湿度传感器广泛应用于农业、气象、室内环境监测等领域。
七、距离传感器距离传感器是机器人中用于测量目标物体与机器人之间距离的传感器。
距离传感器可以通过测量光、声波、电磁波等的传播时间或强度来计算距离。
距离传感器广泛应用于机器人导航、避障、物体检测等任务。
八、惯性传感器惯性传感器是机器人中用于感知和测量机器人姿态和运动状态的传感器。
惯性传感器可以测量机器人的加速度、角速度和方向等参数。
机器人感知技术的原理和应用机器人一直以来都是人类一种探索未知世界的工具,随着技术的不断发展,特别是在人工智能等领域的突破,机器人能够通过自身的感知技术,获取并处理外部环境的信息,使机器人更加自主化和智能化。
本文将介绍机器人感知技术的原理、技术特点以及应用领域。
一、机器人感知技术的原理机器人感知技术包括视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉和陀螺仪等多种技术。
其中,视觉技术是机器人感知技术中最核心的技术,它可以让机器人获得外部环境的图像信息,进行图像分析,并将所获得的图像信息转换成数字信号传输到主控系统。
视觉技术主要由图像采集器、图像处理器和图像识别器构成。
其中,图像采集器通常是通过光学镜头采集图像,图像处理器对采集到的图像进行预处理和识别特征提取,并将处理后的图像传输给图像识别器。
而图像识别器则是通过人工智能等技术对接收到的图像进行分析和处理,从而得出图像对应的实际物体。
触觉和听觉技术则是通过机器人上的传感器实现,传感器能够感知并测量物体的力、压力、电、温度等参数。
当机器人遇到物体时,通过传感器的测量结果,机器人可以判断物体的性质,从而采取合适的动作,比如不碰撞、远离、抓取等。
二、机器人感知技术的特点机器人感知技术具有以下特点:1. 快速迭代随着技术的不断突破,机器人感知技术的发展速度非常快,不断地推的新领域,并为应用提供新的解决方案。
2. 开放性机器人感知技术具有高度的开放性,无论是视觉、触觉还是听觉,都在不断地针对更加复杂的应用进行优化和更新。
3. 智能化机器人感知技术的发展对于机器人的智能化发展非常重要。
通过视觉、触觉、听觉等技术的结合,机器人能够获得更为全面和准确的信息,更好的完成任务。
4. 低成本随着技术的不断进步,机器人感知技术成本不断下降,降低了机器人生产成本,提高了机器人在实际应用中的普及性。
三、机器人感知技术的应用领域机器人感知技术的应用领域非常广泛,包括制造业、医疗、物流、安防、家庭服务等多个领域。
2023年SCARA机器人行业市场分析现状SCARA机器人(Selective Compliance Assembly Robot Arm)是一种广泛应用于工业自动化领域的机器人,具有4个自由度,具备高精度、快速准确的抓取和组装能力。
以下是SCARA机器人行业市场分析的现状:1. 市场规模和增长:SCARA机器人市场正在经历快速增长。
根据市场研究报告预测,全球SCARA机器人市场规模将在未来几年内达到数十亿美元。
这主要是由于SCARA机器人在电子、汽车、食品和饮料、制药等行业的广泛应用。
2. 应用领域:SCARA机器人主要应用于组装、包装、搬运、喷涂、测试和挖掘等领域。
在电子行业中,SCARA机器人被广泛应用于电子产品的组装和测试。
在食品和饮料行业中,SCARA机器人可以实现快速准确的包装和搬运。
在汽车制造行业中,SCARA机器人可以帮助完成汽车零部件的组装和焊接。
SCARA机器人还被广泛应用于医药领域的药物分装和包装等工作。
3. 市场竞争格局:SCARA机器人市场竞争激烈,主要的竞争企业有ABB、发那科、川崎重工、松下等。
这些企业拥有丰富的研发经验和技术实力,不断推出具有高性能和高可靠性的SCARA机器人产品。
此外,一些新进入市场的初创企业也在SCARA机器人领域获得了一定的市场份额。
4. 技术创新和发展趋势:随着科技的发展,SCARA机器人的功能和性能不断被改进和提升。
例如,一些厂商正在研发新的控制系统和传感器技术,以提高机器人的精度和灵活性。
此外,SCARA机器人与人工智能和机器视觉等技术的结合,也将进一步扩大其应用范围和市场需求。
5. 市场机遇和挑战:SCARA机器人市场存在一些机遇和挑战。
一方面,由于劳动力成本的上升和人口老龄化等因素,人力资源短缺成为一些行业的制约因素,这为SCARA机器人提供了广阔的市场机遇。
另一方面,SCARA机器人的高成本和复杂性也是限制其市场发展的挑战之一。
随着技术的不断进步和成本的降低,这一挑战有望逐步得到解决。
传感器在机器人上的运用
机器人中传感器的运用非常广泛,可以用于控制、感知和决策等方面。
以下是传感器在机器人上的一些应用:
1. 视觉传感器:机器人可以使用摄像头、激光扫描仪等设备来感知周围的环境并进行图像处理分析,从而识别目标、测量距离等。
2. 触觉传感器:机器人可以使用压力传感器、力传感器等感知接触力和重力等信息,从而判断物体是否被抓住,被推、拉或挤压等。
3. 声音传感器:机器人可以使用麦克风等设备来感知声音,从而识别语音命令或环境的声音信号。
4. 电子激光距离传感器:机器人可以使用激光传感器测量距离、反射强度等参数,从而实现高精度的定位和导航。
5. 磁力传感器:机器人可以使用磁传感器来感知磁场,从而判断机器人的位置和方向。
综上,传感器在机器人系统中扮演着重要的角色,为机器人提供数据和信息,并且为机器人的控制、感知和决策过程提供支持。
机器人感知中多模态传感器集成一、多模态传感器集成在机器人感知中的重要性随着科技的不断进步,机器人技术在各个领域的应用越来越广泛,从工业自动化到日常生活服务,机器人的智能化程度也在不断提升。
机器人感知作为其智能化的关键技术之一,直接影响着机器人对环境的理解和交互能力。
多模态传感器集成作为机器人感知技术的核心,通过整合多种类型的传感器数据,能够显著提升机器人对复杂环境的感知能力。
1.1 多模态传感器集成的定义与作用多模态传感器集成是指将多种类型的传感器数据融合在一起,形成一个统一的、更全面的感知系统。
这些传感器可以包括视觉传感器、触觉传感器、听觉传感器、力觉传感器等。
通过这种方式,机器人能够从不同的角度和维度获取环境信息,从而更准确地理解其所处的环境。
1.2 多模态传感器集成的关键技术实现多模态传感器集成的关键技术主要包括数据融合、传感器校准、传感器选择和传感器网络设计等。
数据融合技术是将不同传感器的数据进行整合,消除数据间的冗余和矛盾,提取出更有价值的信息。
传感器校准则是确保不同传感器的数据在时间和空间上具有一致性,从而提高数据的可靠性。
传感器选择和传感器网络设计则是根据机器人的应用场景和需求,选择合适的传感器并设计合理的传感器网络布局。
1.3 多模态传感器集成的应用场景多模态传感器集成在机器人感知中的应用场景非常广泛,包括但不限于以下几个方面:- 工业自动化:在工业生产线上,机器人需要通过多模态传感器集成来感知工件的位置、形状和材质,从而实现精确的抓取和操作。
- 服务机器人:在服务机器人领域,多模态传感器集成可以帮助机器人更好地理解人类的语言和行为,提供更自然和人性化的服务。
- 无人驾驶:在无人驾驶汽车中,多模态传感器集成可以整合视觉、雷达、激光雷达等多种传感器的数据,提高车辆对周围环境的感知能力,从而实现更安全和高效的驾驶。
二、多模态传感器集成的技术挑战与解决方案尽管多模态传感器集成在机器人感知中具有巨大的潜力,但在实际应用中也面临着许多技术挑战。
机器人的多模态传感机器人的多模态传感技术是指机器人通过多个传感器来感知和识别周围环境的能力。
这种技术使机器人能够获得多种感觉信息,并且能够同时使用这些信息进行决策和行动。
多模态传感技术可以模拟人类的多感觉模式,从而提高机器人的感知能力和交互能力。
本文将从机器人的多模态传感技术的定义、应用领域和未来发展等方面展开论述。
一、多模态传感技术的定义机器人的多模态传感技术是指机器人通过多个传感器来感知和识别周围环境的能力。
这些传感器可以包括视觉、听觉、触觉、气味等不同类型的传感器。
通过整合这些不同的感官信息,机器人可以对环境进行全面感知,并准确判断和响应不同的情境。
二、多模态传感技术的应用领域1. 人机交互领域:多模态传感技术可以使机器人更好地理解人类的语言、表情和手势等非语言信息,实现更自然的人机交互体验。
例如,机器人可以通过视觉传感器识别人的面部表情,并根据表情变化做出相应的反应,增强人机交互的亲和力和沟通效果。
2. 自动驾驶领域:多模态传感技术可以使无人驾驶车辆在行驶过程中获得更全面的环境感知能力。
传感器可以通过接收来自摄像头、雷达、激光雷达等的信息,实时识别并判断周围道路、车辆和行人等的状态,做出相应的决策和行动。
3. 工业自动化领域:多模态传感技术可以使工业机器人在执行任务时具备更强的感知和适应能力。
机器人可以通过传感器获取物体的形状、材质、温度等信息,从而更加准确地进行抓取、操控和加工等操作,提高生产效率和质量。
4. 医疗健康领域:多模态传感技术可以使机器人在医疗健康领域扮演更加重要的角色。
机器人可以通过视觉传感器对患者进行监测和诊断,通过触觉传感器进行手术辅助,通过听觉传感器与患者进行语音交互,提供个性化的医疗服务。
三、多模态传感技术的未来发展随着人工智能和机器学习的发展,多模态传感技术将会有更广阔的应用前景。
未来的机器人将具备更强大的感知和认知能力,通过整合多模态传感器的数据,能够更加准确地理解和适应复杂多变的环境。
机器人触觉传感器行业 传感器作为一种检测装置,通过接收被测量的信息,按一定规律变换成电信号或其他方式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器的特点包括:微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化;它是实现自动检测和自动控制的首要环节。因为传感器的存在,让物体有了触觉、味觉和嗅觉等器官。随着物联网技术的发展,传感器在物联网发展中所扮演的角色越来越重要,目前传感器产品需求大幅增加,并且重心逐渐转向技术含量较高的MEMS 传感器领域,MEMS 传感器的精确度决定了所收集信息的品质。物联网2017 市场规模为1.16 万亿,同比增长26%;预计物联网的高增长将带来传感器市场的行业景气,2017 年传感器销售额125.71亿元,同比增长16%;预计2018 年传感器销售额将达到133.06 亿元。
触觉传感器的主要功能 检测功能 检测功能包括对操作对象的状态、机械手与操作对象的接触状态、操作对象的物理性质进行检测。 识别功能 识别功能是在检测的基础上提取操作对象的形状、大小、刚度等特征,以进行分类和目标识别。 触觉传感器的发展历程 70 年代国外的机器人研究已成热点,但触觉技术的研究才开始且很少。当时对触觉的研究仅限于与对象的接触与否 接触力大小,虽有一些好的设想 但研制出的传感器少且简陋。 80 年代是机器人触觉传感技术研究、发展的快速增长期,此期间对传感器设计、原理和方法作了大量研究,主要有电阻、电容、压电、热电 磁、磁电、力、光、超声和电阻应变等原理和方法。从总体上看 80 年代的研究可分为传感器研制、触觉数据处理、主动触觉感知三部分,其突出特点是以传感器装置研究为中心 主要面向工业自动化。 90年代对触觉传感技术的研究继续保持增长并多方向发展。按宽的分类法,有关触觉研究的文献可分为:传感技术与传感器设计、触觉图像处理、形状辨识、 主动触觉感知、结构与集成。 2002年,美国科研人员在内窥镜手术的导管顶部安装触觉传感器,可检测疾病组织的刚度,根据组织柔软度施加合适的力度,保证手术操作的安全。 2008年,日本Kazuto Takashima等人设计了压电三维力触觉传感器,将其安装在机器人灵巧手指端,并建立了肝脏模拟界面,外科医生可以通过对机器人灵巧手的控制,感受肝脏病变部位的信息,进行封闭式手术。 2009年,德国菲劳恩霍夫制造技术和应用材料研究院的马库斯-梅瓦尔研制出新型触觉系统的章鱼水下机器人,可精确地感知障碍物状况,可以自动完成海底环境的勘测工作。
触觉传感器分类 机器人感知能力的技术研究中,触觉类传感器极其重要。触觉类的传感器研究有广义和狭义之分。广义的触觉包括触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等。狭义的触觉包括机械手与对象接触面上的力感觉。从功能的角度分类,触觉传感器大致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。 压阻式机器人触觉传感器 压阻式触觉传感器是利用弹性体材料的电阻率随压力大小的变化而变化的性质制成,并把接触面上的压力信号变为电信号。
1981年,研究人员在金属电极间夹入碳纤维和碳毡,构成压阻传感器;1999年,中国科学院使用力敏电阻制作了能检测三维接触力信息的阵列式触觉传感器;2007年,台湾国立大学利用高分子压阻复合膜设计研制了传感范围和灵敏度可调整的三轴触觉传感器。该三轴触觉传感器由四个传感悬臂梁及粘贴在各悬臂梁表面和侧面的高分子压阻复合薄膜组成。 光传感式机器人触觉传感器 南京航空航天大学设计的基于光波导原理的能检测三向力的触觉传感器。触觉传感系统由力敏硅橡胶圆柱触头、圆锥触头组成,且圆柱触头与橡胶垫另一侧的圆锥触头一一对应。新型光电敏感器件PSD,不仅可以检测三向力,也可以确定受力位置信息。并且触觉传感器与视觉传感器的输出兼容,适用于机器人实时力控制和主动触觉系统。
电容效应式机器人触觉传感器 电容式触觉传感器原理是:在外力作用下使两极板间的相对位置发生变化,从而导致电容变化,通过检测电容变化量来获取受力信息。2008年,上海微系统与信息技术研究所传感技术国家重点实验室研制的柔性电容式触觉传感器可测量任意形状物体表面的接触力。
磁导式机器人触觉传感器 磁导式触觉传感器在外力作用下磁场发生变化,并把磁场的变化通过磁路系统转换为电信号,从而感受接触面上的压力信息。 哈尔滨工业大学机器人研究所设计的基于磁敏Z元件的触觉传感器,其中磁敏Z元件能够输出随磁场强度成比例变化的模拟电压信号,灵敏度很高,工作条件要求很低,只要提供有变化的磁场就可以工作。采用平板磁铁在空气中的磁场强度衰减作为Z元件的敏感源,通过测量弹性装置把力转换为Z元件与磁铁之间的距离,而Z元件与磁铁之间的距离与磁场强度的变化是对应的,这样,通过把磁场强度参数转换为位移参数,再转换为力的参数,从而达到测力的目的。 磁导式触觉传感器具有灵敏度高,体积小的优点,但与其它类型的机器人触觉传感器相比实用性较差。 压电式机器人触觉传感器 压电转换元件是典型的力敏元件,具有自发电荷可逆的重要特性,而且具有体积小、质量轻、结构简单、工作可靠、固有频率高、灵敏度和信噪比高、性能稳定等优点。 2004年,重庆大学设计了利用压电敏感材料检测三向力的触觉传感器。传感头部分主要由基座、盖子、传感器内芯、调节机构等组成。传感头的内芯部分,主要由五个完全相同的压电元件、一个正方体硬质合金、一段圆柱硬质合金、一段铜柱构成。 接触觉传感器 接触觉传感器用以判断机器人是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征的传感器,主要有以下几种类型。 微动开关式:由弹簧和触头构成。触头接触外界物体后离开基板,造成信号通路断开,从而测到与外界物体的接触。 导电橡胶式:它以导电橡胶为敏感元件。当触头接触外界物体受压后,压迫导电橡胶,使它的电阻发生改变,从而使流经导电橡胶的电流发生变化。 含碳海绵式:它在基板上装有海绵构成的弹性体,在海绵中按阵列布以含碳海绵。接触物体受压后,含碳海绵的电阻减小,测量流经含碳海绵电流的大小,可确定受压程度。 碳素纤维式:以碳素纤维为上表层,下表层为基板,中间装以氨基甲酸酯和金属电极。接触外界物体时碳素纤维受压与电极接触导电。 气动复位式:它有柔性绝缘表面,受压时变形,脱离接触时则由压缩空气作为复位的动力。与外界物体接触时其内部的弹性圆泡(铍铜箔)与下部触点接触而导电。 力-力矩觉传感器 用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。刚体在空间的运动可以用 6个坐标来描述,例如用表示刚体质心位置的三个直角坐标和分别绕三个直角坐标轴旋转的角度坐标来描述。可以用多种结构的弹性敏感元件 来敏感机器人关节所受的 6个自由度的力或力矩,再由粘贴其上的应变片(见半导体应变计 、电阻应变计 )将力或力矩的各个分量转换为相应的电信号。常用弹性敏感元件的形式有十字交叉式、三根竖立弹性梁式和八根弹性梁的横竖混合结构等。在每根梁的内侧粘贴张力测量应变片,外侧粘贴剪切力测量应变片,从而构成 6个自由度的力和力矩分量输出。 压觉传感器 测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成,常用的有压敏导电橡胶、由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。 如图是以压敏导电橡胶为基本材料的压觉传感器。在导电橡胶上面附有柔性保护层,下部装有玻璃纤维保护环和金属电极。在外压力作用下,导电橡胶电阻发生变化,使基底电极电流相应变化,从而检测出与压力成一定关系的电信号及压力分布情况。通过改变导电橡胶的渗入成分可控制电阻的大小。例如渗入石墨可加大电阻,渗碳、渗镍可减小电阻。通过合理选材和加工可制成高密度分布式压觉传感器。这种传感器可以测量细微的压力分布及其变化,故有人称之为“人工皮肤”。
滑觉传感器 用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时物体所产生的滑移。它实际上是一种位移传感器。两电极交替盘绕成螺旋结构,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。 目前触觉传感器主要应用: 触觉传感器在假肢中的应用 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,这些人造的手臂和腿脚有可能获得接近真实的触觉。利用一种两层的柔韧薄塑料,科学家研制出一种新的电子传感器,能够模拟人体皮肤中触觉传感器的神经信息而向小鼠脑组织传送信号。 当人体中的机械性感受器感受到压力后,它们会发送一股神经脉冲;压力越大,脉冲频率越高。而之前的触觉传感器在更大的压力下会产生更强的电信号,而不是高频脉冲流。电信号必须被发送到另一个处理芯片,该处理芯片将信号的强度转换成一个数字脉冲流,然后才被发送到周围神经或脑组织中去。 触觉传感器在工业制造中的应用 如今大热的工业互联网中重要的角色就是工业机器人。著名汽车制造商比如特斯拉、宝马等等的车间几乎见不到一个人,全靠工业机器人实现组装、喷漆、检测等工作。今年富士康在国内引进数千机器人取代工人更是证明了未来制造业采用工业机器人是大势所趋。力传感器赋予机器人的手腕触觉。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。 触觉传感器在可穿戴电子产品中的应用 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。