10、基于弹性体的光学触觉传感器的设计与性能研究

基于弹性体的光学触觉传感器的设计与性能研究

1 光学触觉传感器概述

理想的光学触觉传感器需具备大感应面积、高灵敏度、低功耗的特性，同时要是一种柔性机制。随着小型相机和图像处理技术的飞速发展，众多光学触觉传感器被提出并制造出来。以下是几种不同类型的光学触觉传感器：
- TacTip ：这是一种受生物启发的传感和物体操作设备，其灵感源自人类皮肤表皮层的变形。设备皮肤内部的乳头针会被相机追踪，它们在外部接触下的运动可转化为压力和剪切力。
- 基于光纤的触觉阵列传感器 ：能通过九个由电磁隔离光纤制成的独立传感元件检测法向力和物体形状。
- 光学三轴触觉传感器 ：可从橡胶锥形触头接触区域的变形和位移中检测法向力和剪切力。
- GelSight ：拥有柔软的接触界面，能提供接触几何形状、接触力和滑动条件的高分辨率触觉图像。

本文介绍了一种基于二维视觉系统的光学触觉传感概念，该传感器使用一端带有91根细锥形针的反射性柔软不透明弹性体，在与物体物理交互时获取空间压力分布。锥形针放置在3D打印的外壳中，与透明丙烯酸板保持接触，压力通过计算91根锥形针接触区域捕获图像的亮像素积分二进制值来检测。

2 传感器设计

2.1 传感器组成

我们的弹性体触觉传感器是一种受生物启发的低成本设备，它使用3D打印外壳和柔性接触表面（即弹性体）作为触摸介质，从刺激中获取触觉信息。传感器由以下几个部分组成：
1. 弹性体 ：由从3D打印