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六軸力傳感器-觸覺(jué)傳感器
傳感器技術(shù)是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標志,它與通信,計算機技術(shù)構成了現代信息產(chǎn)業(yè)三大支柱。當前,中國已連續5年成為世界第一大機器人應用市場(chǎng),但高端機器人仍依賴(lài)于進(jìn)口。其中,觸覺(jué)傳感器是工業(yè)機器人核心部件,其對于產(chǎn)品精確、穩定的嚴苛要求。
目前觸覺(jué)傳感器主要應用于以下幾個(gè)方面:
(1)機器人手指和機器人腿及整個(gè)機器人,讓假肢獲得接近真實(shí)的觸覺(jué);目前假肢可以讓截肢者擁有部分功能但是并不能獲得觸覺(jué),而觸覺(jué)傳感器可以通過(guò)模擬皮膚中的神經(jīng)元傳導信號,即“電子皮膚”;
(2)自動(dòng)化測量和控制,力傳感器賦予工業(yè)機器人手腕觸覺(jué),可以感知機器人和機臺的所有力,富士康于2017年引入數千機器人取代工人更是證明了未來(lái)制造業(yè)采用工業(yè)機器人是大勢所趨;
(3)仿生學(xué)實(shí)驗,觸覺(jué)傳感器應用于仿生機器人,它們可以在嚴苛的工作環(huán)境下進(jìn)行作業(yè),替代人類(lèi)但同時(shí)又可以獲得相應的感知數據;
(4)風(fēng)洞試驗,流體力學(xué)方面的風(fēng)洞試驗指在風(fēng)洞中安置飛行器或其他物體模型,研究氣體流動(dòng)及其與模型的相互作用,以了解實(shí)際飛行器或其他物體的空氣動(dòng)力學(xué)特性的一種空氣動(dòng)力實(shí)驗方法。
(5)柔性觸覺(jué)傳感器,近年來(lái)便攜式智能電子產(chǎn)品發(fā)展日新月異,出現了眾多多功能的可穿戴設備。而穿戴式觸覺(jué)傳感器是可模仿人與外界環(huán)境直接接觸時(shí)的觸覺(jué)功能,主要包括對力信號、熱信號的探測。除此之外,觸覺(jué)傳感器的適用范圍在未來(lái)將大大拓寬,在人機交互系統、智能機器人、移動(dòng)醫療等領(lǐng)域具有巨大的應用前景。
近年來(lái),觸覺(jué)傳感器由于其多樣的應用場(chǎng)景被廣泛研究。由于新材料和微納工程領(lǐng)域的發(fā)展,柔性觸覺(jué)傳感器有了相當大的發(fā)展。[8]在未來(lái)的研究中,針對柔性觸覺(jué)傳感器需要進(jìn)一步考慮以下問(wèn)題:
(1)在保證機械靈活性的同時(shí),觸覺(jué)傳感器不應阻擋皮膚或器官的生理活動(dòng)。應該研究具有高級功能的高性能觸覺(jué)系統,例如生物相容性和降解性。
(2)需要對設備環(huán)境穩定性進(jìn)行檢驗。在設計系統時(shí),應進(jìn)一步考慮人機交互系統的環(huán)境可靠性以及生物相容性的封裝技術(shù)。
(3)為了集成傳感器件的工業(yè)化應用,應該研究具有成本效益、可擴展制造方法的高級、大面積集成器件。
(4)觸覺(jué)傳感器和人機交互系統的研究應與信號處理和計算相適配,使其能夠從日?;顒?dòng)的嘈雜、混合信號中實(shí)時(shí)提取有意義的數據,包括準確檢測運動(dòng)、生物信號和即時(shí)VR/AR通信。