近年來,材料科學與微電子技術(shù)持續(xù)突破,推動人形機器人觸覺感知技術(shù)實現(xiàn)跨越式發(fā)展。各類高性能觸覺傳感器層出不窮,憑借其多維感知特性與高分辨率數(shù)據(jù)采集能力,在賦能機器人完成精密抓取、柔性操控等復雜任務(wù)中,發(fā)揮著愈發(fā)關(guān)鍵的作用。
商業(yè)化觸覺傳感器產(chǎn)品均經(jīng)過專業(yè)校準與封裝,具有可靠性高、安裝便捷、即插即用等特點,但此類產(chǎn)品由于未開源,價格比較高昂。
BioTac傳感器
BioTac是由美國SynTouch公司推出的仿生指尖觸覺傳感器,這種傳感器外形仿生人類指尖,在柔軟硅膠皮下填充導電液體,內(nèi)部集成1個壓力傳感器與1圈電極,當受到按壓時,壓力傳感器直接讀取導電液體的壓力數(shù)據(jù),物體接觸引發(fā)的指尖形變會改變電極與導電液體間的阻抗,據(jù)此可推斷接觸位置及力度分布,另外,硅膠皮遇微滑移會產(chǎn)生振動,內(nèi)部壓電元件測量的高頻振動信號可用于紋理和滑移檢測,因此,BioTac傳感器可同步輸出壓力、接觸位置、振動頻譜及溫度等多維度觸覺信息。
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BioTac傳感器來源:SynTouch
WTS-FT系列傳感器
德國WeissRobotics公司研發(fā)的WTS-FT傳感指套,核心由6×14矩陣式傳感陣列與信號處理模塊構(gòu)成。傳感陣列采用柔性壓阻材料,傳感單元間距約3.5mm,不僅能精準測量法向壓力分布,還可間接推斷剪切力數(shù)據(jù)。該系列傳感器支持高速數(shù)據(jù)讀取,刷新頻率可達1kHz量級,憑借高可靠性已廣泛應(yīng)用于工業(yè)機器人精密裝配、抓握力閉環(huán)控制等工業(yè)場景。
uSkin系列傳感器
uSkin是一類柔性薄片式觸覺傳感器,這種傳感器可直接貼附于機器人手指或手掌表面,安裝靈活性極高。其核心工作原理為電容陣列,每片傳感器內(nèi)置數(shù)十個電容傳感單元,厚度僅2~3mm,具備輕薄、柔性的顯著優(yōu)勢。以含16個傳感單元的型號為例,可在30mm2的緊湊面積內(nèi)實現(xiàn)毫米級空間分辨率,且能精準檢測高達50Hz的觸覺信號。目前,uSkin系列傳感器已成功集成于多款機器人手中,通過提升對抓取物體的觸覺感知能力,有效提高了抓取作業(yè)的成功率與穩(wěn)定性。
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uSkin傳感器 來源:XELA Robotics
ITPU傳感器
深圳帕西尼(Paxini)公司推出的ITPU多維度觸覺傳感單元,以緊湊尺寸實現(xiàn)了多軸力感知功能。每個觸覺單元不僅能測量法向壓力,還可輸出三維力的方向信息。高密度排布的觸覺傳感網(wǎng)絡(luò),使其具備接近人手的精細觸覺感知能力,適配高精度操作場景。
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搭配ITPU多維觸覺傳感單元的ORA-ONE來源:Paxini
為降低觸覺感知技術(shù)的研究門檻、促進技術(shù)共享與創(chuàng)新,近些年一些開源觸覺傳感器相繼問世,可公開提供設(shè)計圖紙、固件程序及配套軟件,為科研與創(chuàng)新團隊提供了低成本解決方案。
DIGIT傳感器
DIGIT是Meta AI開源的小型視覺觸覺傳感器,其完整設(shè)計文件與軟件驅(qū)動已在GitHub平臺公開。該傳感器借鑒GelSight傳感器的核心原理,以柔軟硅膠墊搭配彩色花紋作為觸覺交互表面,內(nèi)置1個攝像頭與3個LED燈環(huán),觸覺成像分辨率可達640×480像素。目前,DIGIT傳感器已廣泛應(yīng)用于機器人握持控制、物體邊緣檢測、三維形狀重建等研究場景。
TacTip傳感器
TacTip是一款由布里斯托爾機器人實驗室開發(fā)的3D打印光學觸覺傳感器。其設(shè)計目標是滿足對廉價、堅固、多功能觸覺傳感器的需求,可安裝在工業(yè)以及人形機器人手臂上。
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TacTip傳感器結(jié)構(gòu)來源:布里斯托爾機器人實驗室
ReSkin傳感器
Meta AI與CMU團隊聯(lián)合開源的ReSkin,是一款超薄柔性觸覺電子皮膚,由含磁性微粒的硅膠薄膜與小型磁傳感PCB板組成。其可靈活貼附于機器人的手指、手臂或末端工具表面,當發(fā)生接觸時,硅膠薄膜的形變會引發(fā)磁場變化,PCB板上的霍爾傳感器實時測量該變化,并通過板載MCU輸出力信號。ReSkin的硬件與固件完全開源,特別適用于大面積覆蓋或高損耗的觸覺應(yīng)用場景,實現(xiàn)了低成本電子皮膚的快速更換。
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ReSkin大小如硬幣,易于制造 來源:PMLR
參考來源:
各企業(yè)、科研院所官網(wǎng)
胡俊.機器人操縱的觸覺感知技術(shù)綜述
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