Тактильный датчик
 |
— Тактильный датчик это устройство, которое измеряет информацию, возникающую в результате физического взаимодействия с окружающей средой. Тактильные датчики обычно моделируются по образцу биологического чувства кожного прикосновения , которое способно обнаруживать стимулы, возникающие в результате механической стимуляции, температуры и боли (хотя ощущение боли не является обычным явлением в искусственных тактильных датчиках). Тактильные датчики используются в робототехнике , компьютерной технике и системах безопасности . Тактильные датчики обычно применяются в с сенсорным экраном устройствах на мобильных телефонах и компьютерах .
Тактильные датчики могут быть разных типов, включая пьезорезистивные , пьезоэлектрические , оптические, емкостные и эласторезистивные датчики. [3]
Использует [ править ]
Тактильные датчики появляются в повседневной жизни, например, кнопки лифта и лампы, которые тускнеют или становятся ярче при прикосновении к основанию. Существует также бесчисленное множество других применений тактильных датчиков, о которых большинство людей даже не подозревает.
Датчики, которые измеряют очень небольшие изменения, должны иметь очень высокую чувствительность. Датчики должны быть спроектированы так, чтобы оказывать небольшое влияние на измеряемые параметры; уменьшение размера датчика часто улучшает эту ситуацию и может дать другие преимущества. Тактильные датчики можно использовать для проверки производительности всех типов приложений. Например, эти датчики использовались при производстве автомобилей . (тормоза, сцепления, дверные уплотнители, прокладки ), при ламинации аккумуляторов , болтовых соединениях, топливных элементах и т. д
Тактильная визуализация , как метод медицинской визуализации, переводя ощущение осязания в цифровое изображение, основана на тактильных датчиках. Тактильная визуализация во многом имитирует ручную пальпацию, поскольку зонд устройства с установленным на его лицевой стороне массивом датчиков давления действует аналогично человеческим пальцам во время клинического обследования, деформируя мягкие ткани с помощью зонда и обнаруживая результирующие изменения в характере давления.
Роботы, предназначенные для взаимодействия с объектами, требующими точности, ловкости или взаимодействия с необычными объектами, нуждаются в сенсорном аппарате, который функционально эквивалентен тактильным способностям человека. Тактильные датчики были разработаны для использования с роботами. [4] [5] [ нужен лучший источник ] Тактильные датчики могут дополнять визуальные системы, предоставляя дополнительную информацию, когда робот начинает захватывать объект. В это время зрения уже недостаточно, поскольку механические свойства объекта не могут быть определены только зрением. Определение веса, текстуры, жесткости , центра массы , коэффициента трения и теплопроводности требует взаимодействия с объектами и своего рода тактильного восприятия.
В роботах разных типов используются несколько классов тактильных датчиков для задач, связанных с предотвращением столкновений и манипулированием. [ нужна ссылка ] Некоторые методы одновременной локализации и картографии основаны на тактильных датчиках. [6]
Массивы датчиков давления [ править ]
Массивы датчиков давления представляют собой большие сетки тактелей. «Тактель» — это «тактильный элемент». Каждый тактель способен обнаруживать обычные силы. Датчики на базе Tactel обеспечивают «изображение» контактной поверхности с высоким разрешением. Помимо пространственного разрешения и чувствительности к силе, важны вопросы системной интеграции, такие как проводка и маршрутизация сигналов. [7] Массивы датчиков давления доступны в тонкопленочной форме. Они в основном используются инженерами и техническими специалистами в качестве аналитических инструментов в процессах производства и исследований и разработок , а также адаптированы для использования в роботах. Примеры таких датчиков, доступных потребителям, включают массивы, изготовленные из проводящей резины , [8] цирконат-титанат свинца (ЦТС), поливинилиденфторид (ПВДФ), ПВДФ-ТрФЭ, [9] СДЕЛАННЫЙ , [10] и металлоемкостное зондирование [11] [12] элементы.
Оптические тактильные датчики [ править ]
Было разработано несколько видов тактильных датчиков, которые используют технологию, подобную камере, для предоставления данных с высоким разрешением.Ключевым примером является технология Gelsight, впервые разработанная в Массачусетском технологическом институте, которая использует камеру за непрозрачным слоем геля длядобиться тактильной обратной связи высокого разрешения. [13] [14] Датчик Samsung «Видеть сквозь кожу » (STS) использует полупрозрачный гель для создания комбинированного тактильного и оптического изображения. [15]
Розетки тензодатчиков [ править ]
Розетки тензорезисторов состоят из нескольких тензорезисторов , каждый из которых определяет силу в определенном направлении. Когда информация от каждого тензодатчика объединяется, она позволяет определить структуру сил или крутящих моментов. [16]
тактильные Биологически вдохновленные датчики
Было предложено множество биологически вдохновленных конструкций, начиная от простых датчиков, похожих на усы, которые измеряют только одну точку за раз. [17] с помощью более совершенных датчиков, похожих на кончики пальцев, [18] [19] [20] доделать скин-подобные датчики как на последнем iCub [ нужна ссылка ] . Тактильные датчики, основанные на биологии, часто включают в себя более одной стратегии восприятия. Например, они могут обнаруживать как распределение давления, так и структуру сил, которые будут исходить от массивов датчиков давления и розеток тензодатчиков, обеспечивая двухточечное распознавание и измерение силы с человеческими способностями.
Усовершенствованные версии тактильных датчиков биологической конструкции включают в себя датчик вибрации , который, как было установлено, важен для понимания взаимодействия между тактильным датчиком и объектами, когда датчик скользит по объекту. Сейчас считается, что такие взаимодействия важны для использования человеком инструментов и оценки текстуры объекта. [18] Один из таких датчиков сочетает в себе измерение силы, измерение вибрации и измерение теплопередачи. [2]
Тактильные датчики, сделанные своими руками и открытым способом [ править ]
Недавно сложный тактильный датчик стал открытым аппаратным обеспечением , что позволяет энтузиастам и любителям экспериментировать с дорогостоящей технологией. [21] Кроме того, с появлением дешевых оптических камер были предложены новые датчики, которые можно легко и дешево изготовить с помощью 3D-принтера. [22]
См. также [ править ]
- Тактильная технология
- Список датчиков
- Измерение давления
- Чувствительность
- Сенсорный датчик
- Преобразователь
- Тактильное изображение
Ссылки [ править ]
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021 г.). «Такционхед» .
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б «Сенсорные технологии – SynTouch, Inc» . www.syntouchllc.com . 6 октября 2020 г.
- ^ . Тактильные датчики также выпускаются в виде пленок, указывающих давление, которые показывают распределение и величину давления между контактирующими поверхностями благодаря немедленному и постоянному изменению цвета. Эти пленки, показывающие давление, представляют собой одноразовые датчики, которые фиксируют максимальное давление, которому они подверглись. Пленки, указывающие давление, активируются химической реакцией и являются неэлектронными датчиками. Роботизированное тактильное зондирование – технологии и системы
- ^ Флер, С.; Моринген, А.; Клацки, РЛ; Риттер, Х. (2020). «Обучение эффективному исследованию гаптической формы с помощью жесткой тактильной сенсорной матрицы, С. Флир, А. Моринген, Р. Клацки, Х. Риттер» . ПЛОС ОДИН . 15 (1): e0226880. дои : 10.1371/journal.pone.0226880 . ПМК 6940144 . ПМИД 31896135 .
- ^ «Обучение тактильного взаимодействия роботов на основе внимания, А. Моринген, С. Флир, Г. Уолк, Х. Риттер» (PDF) . дои : 10.1007/978-3-030-58147-3_51 . S2CID 220069113 .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Фокс, Чарльз и др. « Тактильный SLAM с биомиметическим усатым роботом ». Международная конференция IEEE 2012 по робототехнике и автоматизации. ИИЭР, 2012.
- ^ Дахия, РС; Метта, Г.; Валле, М.; Сандини, Г. (2010). «Тактильное зондирование — от людей к гуманоидам — журналы и журналы IEEE» . Транзакции IEEE в робототехнике . 26 (1): 1–20. дои : 10.1109/TRO.2009.2033627 . S2CID 14306032 .
- ^ Симодзё, М.; Намики, А.; Исикава, М.; Макино, Р.; Мабучи, К. (2004). «Тактильный сенсорный лист с использованием проводящей давление резины с методом сшивания электрических проводов - Журналы и журналы IEEE». Журнал датчиков IEEE . 4 (5): 589–596. дои : 10.1109/JSEN.2004.833152 . S2CID 885827 .
- ^ Дахия, Равиндер С.; Каттин, Давиде; Адами, Андреа; Коллини, Кристиан; Барбони, Леонардо; Валле, Маурицио; Лоренцелли, Леандро; Гобой, Роберто; Метта, Джорджио; Брунетти, Франческа (2011). «На пути к системе тактильных датчиков на кристалле для робототехнических приложений – журналы и журналы IEEE». Журнал датчиков IEEE . 11 (12): 3216–3226. дои : 10.1109/JSEN.2011.2159835 . S2CID 11702310 .
- ^ Пьезоэлектрические оксидно-полупроводниковые полевые транзисторы сенсорные устройства
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021 г.). «Емкостные датчики ППС» . ППС . Проверено 7 мая 2021 г.
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021 г.). «Емкостные тактильные датчики SingleTact» .
- ^ Беккенс, Саймон; Уэйнрайт, Дилан К.; Уивер, Джеймс К.; Иршик, Дункан Дж.; Лосос, Джонатан Б. (2019). «Онтогенетические модели масштабирования структуры поверхности кожи ящерицы, выявленные с помощью стереопрофилометрии на основе геля» . Журнал анатомии . 235 (2): 346–356. дои : 10.1111/joa.13003 . ISSN 1469-7580 . ПМК 6637707 . ПМИД 31099429 .
- ^ Уэйнрайт, Дилан К.; Лаудер, Джордж В.; Уивер, Джеймс К. (2017). «Изображение топографии биологической поверхности in situ и in vivo» . Методы экологии и эволюции . 8 (11): 1626–1638. Бибкод : 2017MEcEv...8.1626W . дои : 10.1111/2041-210X.12778 . ISSN 2041-210X . S2CID 89811965 .
- ^ Хоган, Франсуа (5 января 2021 г.). «Видеть сквозь кожу: распознавание объектов с помощью нового зрительно-тактильного датчика» . ППС . Проверено 11 октября 2021 г.
- ^ Технический паспорт Schunk FT-Nano 43, 6-осевого силомоментного датчика.
- ^ Эванс, Мэтью Х.; Фокс, Чарльз В.; Пирсон, Мартин; Прескотт, Тони Дж. (август 2010 г.). Тактильная дискриминация с использованием шаблонных классификаторов: к модели извлечения признаков в вибриссальных системах млекопитающих . От животных к анимам 11, 11-я Международная конференция по моделированию адаптивного поведения. Париж, Франция.
- ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Фишел, Джереми А.; Сантос, Вероника Дж.; Леб, Джеральд Э. (2008). «Надежный датчик микровибрации для биомиметических кончиков пальцев». Надежный датчик микровибрации для биомиметических кончиков пальцев – Публикация конференции IEEE . стр. 659–663. дои : 10.1109/BIOROB.2008.4762917 . ISBN 978-1-4244-2882-3 . S2CID 16325088 .
- ^ «Разработка тактильного датчика на основе биологического кодирования границ — публикация конференции IEEE» . ieeexplore.ieee.org : 1–6. Июнь 2009 года.
- ^ Кэссиди, Эндрю; Эканаяке, Виранта (2006). «Биологический тактильный сенсорный массив, использующий фазовые вычисления». Массив тактильных датчиков, основанный на биологии и использующий фазовые вычисления – Публикация конференции IEEE . стр. 45–48. дои : 10.1109/BIOCAS.2006.4600304 . ISBN 978-1-4244-0436-0 . S2CID 5774626 .
- ^ «Строим — TakkTile» . www.takktile.com .
- ^ «Экхор/ванна» . GitHub