只裝有攝像頭和加速計的機器人不能夠采集到表面的質地信息、量化觸感的物理力量或獲得關于其動作和關節方位的本體感知反饋。這種缺乏觸覺感應的問題嚴重制約了機器人在多變環境里進行自適應移動、精細操控物品和安全應對肢體接觸的各項能力。通過利用壓力感應器,我們能夠為機器人提供關鍵的觸覺反饋以提升其性能。不斷地監控機器人的關節和執行器中的氣體和液體壓力,有助于機器人對其自身運動和扭矩應用情況具有更好的本體感知。
依靠這種反饋信息,高級的運動控制成為可能,也能有針對性地調節關節力量。通過在機器人表面附加一組可調節的柔性壓力傳感器,能夠創造出人造觸覺系統。這種類似于皮膚的壓力感測層能識別和圖示來自觸碰、人與機器的互動或是意外碰撞產生的外界力量,使得機器人有能力做出相應的反應。只要將足量的壓力感應數據融合到控制系統中,機器人便能展現出接近人類的靈活性和適應力。觸覺壓力反饋技術使得機器人在工業環境中與人類工作伙伴安全、流暢地合作成為可能。
在醫療保健、國防、災難響應和太空探索等盲目自動化不足的高風險環境中,機器人技術也大有可為。
壓力傳感器在機器人技術中的應用
壓力傳感器在現代機器人技術中發揮著重要作用,但其價值往往被低估。壓力傳感器可對內部氣動和液壓壓力、外力和環境條件進行持續監控。這為機器人提供了重要的反饋,以加強內部監控、靈巧運動控制、環境交互和觸覺感應。
一個重要的應用是本體感覺傳感,即利用關節內部的壓力測量來計算施加的扭矩和力。這種關于機器人運動和負載的信息可以實現更精確的控制,大大提高操縱能力和穩定性。
肌腱驅動機器人設計使用壓力傳感器測量肌腱張力,這與關節處產生的力直接相關。更傳統的機器人技術則是安裝傳感器來測量關節壓力差并推斷扭矩。
液壓機械臂示例
一些先進的系統利用直接應用于機器人關節的超微型 MEMS 壓力傳感器來提供高分辨率的本體感覺反饋。這種壓力感應方法可與生物本體感覺相媲美,使機器人能夠感知自身的運動和負載狀況。
同樣,將壓力傳感器集成到機器人外部表皮中,可提供有關接觸力的觸覺反饋。帶有多個獨立壓力傳感器的大型傳感器陣列可幫助繪制整個機器人身體的力分布和大小。這種陣列可使機器人對身體接觸做出適當的反應,包括輕柔的觸摸或破壞性的碰撞。這些觸覺皮膚系統利用可適應的柔性壓力傳感器矩陣,為機器人提供復雜的環境感知和類似人類的觸覺。
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