來源：MEMS

麥姆斯咨詢獲悉，近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院、人形機(jī)器人研究院王洪波研究員課題組研發(fā)了一種名為“OriCube”的指尖大小六維力/力矩（F/T）傳感器。該傳感器體積僅14 × 14 × 12 mm3、重量4 g，在23 N量程下實(shí)現(xiàn)3 mN級分辨率，并可嵌入機(jī)器人靈巧手指尖，在曲面接觸中實(shí)時輸出接觸點(diǎn)位置與力矢量，為機(jī)器人“像人一樣用手指觸摸與操作”提供關(guān)鍵感知能力。研究成果以“A Fingertip-Size Six-Axis Force Sensor via Origami Coil Arrays for Intrinsic Tactile Sensing”為題發(fā)表在國際期刊《IEEE/ASME機(jī)電一體化匯刊》（

IEEE/ASME Transactions on Mechatronics

觸覺感知是實(shí)現(xiàn)靈巧操作與安全人機(jī)交互的關(guān)鍵能力。現(xiàn)有指尖觸覺感知方案多依賴陣列式分布傳感單元或柔性電子皮膚，雖然信息豐富，但往往面臨布線復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)重、曲面適配與耐沖擊性不足等瓶頸。研究團(tuán)隊(duì)提出以嵌入式六軸六維力/力矩傳感器為核心、結(jié)合幾何模型實(shí)現(xiàn)內(nèi)生觸覺感知（Intrinsic Tactile Sensing, ITS），以更簡潔的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時接觸信息感知（圖1）。

圖1 基于指尖六維力傳感器的內(nèi)生觸覺感知

OriCube采用折紙式三維線圈陣列（基于柔性電路板FPC一體制造并折疊成三維結(jié)構(gòu)），利用電渦流耦合效應(yīng)，同時測量金屬外殼在六個自由度（平移與轉(zhuǎn)動）上的微小位移和轉(zhuǎn)角。該結(jié)構(gòu)設(shè)計（圖2）顯著降低了軸間串?dāng)_，同時實(shí)現(xiàn)了線圈與信號調(diào)理電路的小型化封裝集成，便于嵌入機(jī)器人指尖。在機(jī)械設(shè)計上，OriCube使用模塊化硅膠“微彈簧”彈性體（12個硅膠彈簧）將外部力/力矩加載轉(zhuǎn)換為殼體的位移與轉(zhuǎn)角，并允許對不同軸向剛度進(jìn)行調(diào)節(jié)，可按需設(shè)計，實(shí)現(xiàn)靈敏度與量程的平衡。

圖2 六維力/力矩傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計

嚴(yán)格標(biāo)定和測試結(jié)果表明，OriCube在“指尖尺寸、低功耗、強(qiáng)魯棒”約束下實(shí)現(xiàn)了高性能六軸力/力矩測量：具有體積?。?4 × 14 × 12 mm3）、重量輕（4g）、功耗低（45mW）等特點(diǎn)；同時具備較低的軸間串?dāng)_與較高測量精度（最大誤差<2%、最大串?dāng)_約 2.24%），并在6小時連續(xù)運(yùn)行中保持較小漂移（<0.2% F.S.）。此外，該傳感器既能感知羽毛輕觸等弱接觸，也能承受錘擊帶來的沖擊脈沖，并對外界磁場擾動表現(xiàn)出良好抑制能力，可在復(fù)雜工況下為機(jī)器人提供可靠穩(wěn)定的感知信息。

圖3 六維力/力矩傳感器各軸輸出結(jié)果

團(tuán)隊(duì)將OriCube嵌入三維打印仿生指尖結(jié)構(gòu)，結(jié)合ITS方法在指尖曲面上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時觸覺感知，可同時估計接觸位置與接觸力矢量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該觸覺感知方法得到的結(jié)果與外部參考力傳感器高度一致。該工作提供了一種低成本、高魯棒性、易集成的靈巧手觸覺感知新方案，可為機(jī)器人在不確定環(huán)境下的靈巧復(fù)雜操作提供關(guān)鍵的觸覺感知信息。

工程科學(xué)學(xué)院精密機(jī)械與精密儀器系博士生徐迎澳為論文第一作者。工程科學(xué)學(xué)院、人形機(jī)器人研究院王洪波研究員為論文通訊作者。該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52275579）、中國科學(xué)院引才計劃青年項(xiàng)目、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)高層次人才引進(jìn)計劃和安徽省科技攻堅(jiān)計劃項(xiàng)目重大項(xiàng)目（202423h08050003）以及中央高?；緲I(yè)務(wù)費(fèi)的支持。

論文鏈接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/11399261

感知芯視界媒體推廣/文章發(fā)布 隗女士 15061886132(微信同號)

*免責(zé)聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，本文所用圖片、文字如涉及作品版權(quán)，請第一時間聯(lián)系我們刪除。本平臺旨在提供行業(yè)資訊，僅代表作者觀點(diǎn)，不代表感知芯視立場。

免費(fèi)下載

光子產(chǎn)業(yè)報告【500頁】