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先進機器人團隊提出光電式柔性壓力傳感新思路

2022-06-21 11:52:42來源:中科院自動化所 閱讀量:138 評論

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導讀:柔性壓力傳感器可以用于人機交互、軟體機器人、康復醫(yī)療等領(lǐng)域,是觸覺傳感器的重要成員之一。

  柔性壓力傳感器可以用于人機交互、軟體機器人、康復醫(yī)療等領(lǐng)域,是觸覺傳感器的重要成員之一。然而,現(xiàn)有柔性壓力傳感器在高靈敏度、高穩(wěn)定性以及高傳感范圍等方面仍然存在較大挑戰(zhàn),限制了其在機器人領(lǐng)域的廣泛應用。
 
  自動化所先進機器人團隊程龍研究員等將結(jié)構(gòu)設(shè)計與光電原理相結(jié)合提出了一種柔性壓力傳感新思路--基于主動遮擋的光電式壓力傳感器,該傳感器與傳統(tǒng)光纖式傳感器相比,靈敏度能夠提升約一個數(shù)量級。
 

 

  基于主動遮擋的光電式壓力傳感器由LED、光敏元件、傳感器外殼以及遮光結(jié)構(gòu)組成,具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、穩(wěn)定性好的特點。當傳感器受到外界壓力時,傳感器外殼與遮光結(jié)構(gòu)同時變形,與傳統(tǒng)的光電式傳感器相比,大大提升了通光面積的變化率,與傳統(tǒng)光纖式傳感器相比,大大提升了靈敏度。傳統(tǒng)柔性壓力傳感器如Flexiforce-A301單個售價約30美元,且依靠進口。而本文提出的傳感器通過模具澆注制成,結(jié)構(gòu)簡單,制作成本低,單個傳感器制作成本僅約為0.5美元。
 
  此外,該傳感器性能可以通過改變遮光結(jié)構(gòu)來靈活調(diào)整,以滿足不同的使用場景。其可以采用的兩種不同的遮光結(jié)構(gòu)為:單列金字塔和雙列金字塔。
 

 

  其中,采用單列金字塔結(jié)構(gòu)的傳感器特點在于初始靈敏度高,適用于碰撞檢測等使用場景,甚至可以感知到輕至頭發(fā)絲的觸碰。如果將該傳感器安裝在機械臂末端,那么,一片薄薄的薯片就足以控制機械臂運轉(zhuǎn)。
 
  而采用雙列金字塔結(jié)構(gòu)的傳感器具有較大傳感范圍和高信噪比,適合用于人機交互力的檢測。團隊基于該傳感器制作了觸覺數(shù)據(jù)手套,可以用于虛擬音樂彈奏、水果重量測量等應用。
 

 

  本研究獲得北京市杰青項目支持,相關(guān)成果已發(fā)表在《Soft Robotics》上。
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