柔性仿生手指关节的触觉力/角度感知

柔性仿生机器人的感知功能实现需要传感器可集成且具备一定的柔性,否则由于顺应性不足很难得到良好应用效果。在本文中,作者将柔性仿生手指作为应用载体,探索一种基于液态导电金属的柔性触觉力/应变感知纤维,可完全贴合载体,同时实现手指指尖触觉力和关节角度两个物理量测量。具体来说,本文将液态导电金属注入到一定长度的预制硅胶软管替代常规的微流腔道制作,进而形成管状且可任意变形和布局的柔性传感纤维,实现检测不同的变形物理量(本文中利用其力和应变感知性能),该方法在保证器件柔性和功能性的前提下也极大地降低微流腔道工艺的复杂性与繁琐性。最后,测量实验结果表明,基于液态导电金属的柔性传感纤维可嵌入并完全贴合柔性手指结构,并实现对手指的指尖触觉力感知(约1600 kPa)和关节角度变化(约60°)同时感知及某一特定力/角度下的准确跟踪,展示了其作为柔性感知单元,可应用在更多类型的柔性或软体类应用载体的巨大潜力。

机器人多维力传感器

多维力觉感知系统在柔性精密操控、零力示教、轮廓跟踪、自动柔性装配、机器人多手协作、机器人临场感和遥操作、机器人虚拟和远程手术、康复训练等场合有巨大的需求。力敏元件的性能是决定机器人多维力传感器的各项性能指标的关键因素之一。早在20世纪70年代初,力觉信息的获取和应用就已开始被国际上关注,并获得了初步的探讨。自20世纪80年代末起,我国学者也开始关注和研究力觉感知技术。对机器人多维力传感器力敏元件的设计和研究进展进行了综述,对高精度力信息获取面临的挑战展开了分析,并对机器人多维力传感器的发展趋势和解决思路提出了一些可行性的思路。

星球车松软星壤的轮腿式探测系统:Ⅱ-感知车轮

为增强星球车松软星壤的穿越通过能力,提出了轮壤交互接触信息的感知车轮设计。该车轮是一种星球车的前置轮腿式探测系统(WOLS)的关键部分,可实现动态轮壤交互的关键量测量(轮壤作用力/力矩、轮壤接触角和车轮沉陷量)。研究分析了轮壤力学的关键测量参量及其分组,完成了感知车轮的硬件设计和集成,提出了待测参数的在线测量模型和方法,通过标定校准和实车测试验证了该感知车轮的性能。

基于力触觉感知与电刺激反馈的灵巧假手

针对生机电一体化灵巧操作假手这类典型共融机器人,开展结构优化、力触觉感知和临场感反馈功能重建的研究。为此,提出了一种用于欠驱动手指机构设计的交叉四连杆参数优化方法,该方法实现了手指运动轨迹最优、近指关节(PIP)扭矩与掌指关节(MCP)扭矩之比最大;提出了义肢手指与柔性压力传感器的集成设计方法,实现假手对抓握物体的实时力触觉感知;提出了基于电刺激的指端力触觉临场感反馈方法,实现对义肢抓握情况和握力的再现,增加操作者的本体感。该假手手指运动学与动力学仿真结果表明,所提出的连杆参数优化方法能够提升手指的抓握能力。对9名肢体健全受试者与1名前臂截肢患者进行灵巧假手控制试验,试验结果表明,所提出的指尖力触觉感知方法能够很好辅助受试者完成精细抓握控制;使用电刺激方式作为力触觉临场感反馈器具有更好的本体感知效果。同时,明显提升受试者在视觉受阻碍状况下使用假手完成抓取任务的成功率。

智能肌电控制假手研究进展

智能肌电假手研究作为康复医疗领域中的重要研究内容,始终是国内外研究的热点.随着机器人技术的进步,假手正往仿人型、灵巧性、直觉控制、智能感知方向发展.智能肌电假手应当具有与人手相近的功能,其不仅能通过运动功能重建辅助残疾人进行日常生活,而且还应通过感知反馈功能重建让残疾人产生人机共融的本体感.本文通过对国内外多年的肌电假手研究成果进行分析比较,从质量、灵巧程度、抓取性能、设计原理等多角度分析了假手的机械结构设计要素;另外,本文还较系统地对基于肌电信号的手势识别研究现状进行概述,介绍了目前基于残肢生物信号识别的多种研究思路,并分析了多种基于不同原理的假手信息感知技术,介绍了利用指尖力触觉传感器实现对假手的自适应控制和用户的感知反馈.最后总结了未来假手的研究发展过程中面临的问题与挑战,提出了肌电假手的未来研究方向.

光纤布拉格光栅传感器在微创医疗中的研究进展

微创医疗与普通医疗相比具有显著的优势,尤其是微创手术能够减少术中失血和创伤,改善术后恢复,减轻病人疼痛和医生疲劳等。近年来,适用于微创医疗的机器人辅助医疗系统已成为世界各国的研究热点之一。光纤布拉格光栅传感器不仅易于集成,而且具有抗电磁干扰、线性度良好、波分复用等特点,这些使得它超越压阻传感器、电容传感器、压电传感器等传统的电信号传感器,在微创医疗智能机器人领域具有广阔的发展前景。本文对光纤布拉格光栅传感器在微创医疗中力触觉感知和温度感知的应用发展做了详细的叙述,并对其存在的问题和发展前景进行了分析。