[00732815]智能机器人触觉传感器的设计与研究

机器人触觉传感技术是实现智能机器人的关键技术之一，触觉传感器是机器人与环境直接作用的必需媒介，是模仿人手使之具有接触觉、滑动觉、热觉等感知功能。该项研究通过检测机械手与接触界面间三维力信息，控制夹持力来防止目标物体与机械手之间发生相对滑动，最终协助机器人完成抓取和操作任务。滑动信号的检测是实现机械手夹持力控制的反馈信息，是机器人完成高精度抓取与操作任务的关键所在。在深入了解各种触觉传感器设计原理和方法的基础上，利用压电原理和光电原理设计了一种体积小、结构简单、工作可靠、柔顺性好，并可同时检测触觉和滑动信号的三维力机器人触滑觉传感器。并通过信号处理电路实现了触觉信号和滑动信号的有效分离，以及触滑觉信号的传输检测。利用三维线性理论和高阶理论建立了压电复合结构的高阶半解析轴对称动力学有限元方程。并对触觉传感头的压电层合结构进行有限元建模分析。仿真结果的误差在4%以内，验证了其结构设计的合理性和可行性，有效缩短了传感器设计周期。该项目引入了自适应模糊控制方法，通过对滑动信号的模糊控制器设计，控制机械手与接触界面的夹持力。最后用MATLAB对控制系统进行了仿真试验，仿真结果表明了滑动信号的检测与接触力的控制可有效实现机械手对柔软、易碎、易变形物体的安全稳定抓取。该研究成果在主动式接触传感和医用机器人等领域，具有较高的实用价值和应用前景。