9、新型机器人物体操作触觉手掌的设计与应用

新型机器人物体操作触觉手掌的设计与应用

1. 引言

触觉感知在人类手部探索、抓取和操作物体的过程中至关重要。在过去几十年里，人们为不同的机器人应用设计了各种各样的触觉传感器，大致可分为两类：用于机器人抓取和灵巧操作的指尖触觉传感器，以及用于人机交互的触觉（人造）皮肤。前者需要像人类指尖一样紧凑且高分辨率，而后者则需柔软甚至可拉伸，以覆盖大面积区域，但会牺牲空间分辨率。

然而，手掌在物体操作，尤其是手中操作中也是不可或缺的部分。因此，我们提出了一种仿生设计的低成本机器人触觉手掌，它可以在手中操作过程中提供物体接触信息，如接触位置和接触力。该触觉手掌主要由三个部分组成：传感电极阵列、柔软的覆盖皮肤和导电海绵。

2. 设计与制造

2.1 设计原理与整体结构

该触觉手掌的设计原理与相关研究类似，由一个刚性电极板、覆盖在其周围的导电介质以及弹性皮肤组成。多个电极，包括激励电极和传感电极，安装在电极板上，并连接到阻抗测量电路。

当外部力施加到弹性皮肤上时，相应电极周围的导电介质会发生变形，从而导致测量的阻抗发生变化，这些变化包含了外部力和接触位置的信息。我们选择了由聚合物组成的导电海绵作为导电介质，它是一种多孔复合材料，具有出色的弹性和导电性。弹性皮肤则采用TPU材料通过3D打印制成，将所有设备封装在内部。

2.2 制造与组装

• 传感器底座和皮肤 ：传感器底座和皮肤均采用3D打印制造，精度为0.02mm，使用的3D打印机是UltiMaker Extended +，材料为TPU。
• 数据采集模块