【導(dǎo)讀】模擬觸覺傳感器是一種柔順器件，它的輸出正比于局部力。圖6. 18所示，為這種器件的一 種最簡單的結(jié)構(gòu):一個(gè)彈簧加力桿與一個(gè)轉(zhuǎn)軸相連，由于橫向力引起的彈簧位移導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸成比 例地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)角可用電位計(jì)連續(xù)測(cè)董，或用碼盤作數(shù)字式測(cè)量。根據(jù)彈簧的彈性系數(shù)，便可求得 與位移相應(yīng)的力。
過去幾年中;人們花費(fèi)了很多精力開發(fā)蝕覺陣列，這種陣列能獲得比單個(gè)傳感器更大區(qū)域 的觸覺信息，圖6. 19說明了這種器件的應(yīng)用，圖中示出了一個(gè)機(jī)械手，在每個(gè)手指的內(nèi)表面都 復(fù)蓋了觖覺陣列.機(jī)械手外表商的傳感片是典型的二值器件,其功能已在6. 4.1節(jié)的結(jié)尾做了
雖然傳感陣列可由若干審個(gè)傳感器組成，但處理這一問題的最好方法暈構(gòu)成一個(gè)由甩極 組成的陣列，電極與柔性導(dǎo)電材料(例如石墨基物質(zhì))保持電器接觸，導(dǎo)電材料的電阻隨力而 變化。這種器件往往稱為人造皮膚.當(dāng)物體壓在其表面上時(shí)，將引起局部變形*測(cè)出連續(xù)的電阻變化，就可測(cè)量埼部變形，電阻的改變很容易轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，其幅值正比于施加在材料表面上某一點(diǎn)的力。
圖6.20給出了構(gòu)成人造皮膚的幾種基本方法，圖6. 20a所示的方案基于“窗U”概念，特點(diǎn) 是在公共底板和電極陣列之間夾著導(dǎo)電材料，電極陣列蝕刻在一塊玻璃纖維印刷電路板上。每 個(gè)電極是一矩形區(qū)域(因此稱為窗口 )，該區(qū)域便構(gòu)成一個(gè)觸點(diǎn)。從公共底板流向每個(gè)電極的電 流是導(dǎo)電材料所受壓力的函數(shù)。
圖6.20b所示的方法中，窄長的電極對(duì)和用大規(guī)模集電歸技術(shù)制怍的有源電路廠起放在同一基片上導(dǎo)電材料位乎_片的上面，除與電極相通，與基片的故它部分是絕緣的。測(cè)量由于材料受壓而引起的電阻變化，并由電極對(duì)之間的有源電路轉(zhuǎn)換成電信
圖6. 20c此所示為另一神可技的方法七這種方法中，導(dǎo)電材嵙位于龠畢直相交的細(xì)直韌性 電極硨列之間。中間用導(dǎo)電材嵙隔開的每個(gè)交點(diǎn)便是一個(gè)敏感點(diǎn)?？捎萌缦路椒y(cè)量由于材料受壓而引起的電阻變化:激勵(lì)一個(gè)陣列的電極(每次一個(gè)電極):，然后測(cè)量流過另一陣列單元的電流。每個(gè)單元上電流的幅值正比干該單元和受激單元間材料所受的壓力。
最后，因6. 20d所示方案需要使用一種各向異性的導(dǎo)電材料。這珅材料具有單向?qū)щ姵中?。這種傳感器由位于底板上的細(xì)$形電極的線狀陣列所構(gòu)成導(dǎo)電材料位于該陣列上面，導(dǎo) 電方向垂直于電板并且用一網(wǎng)狀物將導(dǎo)電材料與電極分開，以保證在沒有外力怍用時(shí)它們之 間甲互相接觸。隨著力的增大，接觸面積也增大，使得電阻降低。號(hào)圖6.20c所示方法一樣，一 個(gè)陣列由外部激勵(lì)并測(cè)量另一陣列產(chǎn)生的電流.應(yīng)當(dāng)指出,觸覺靈敏度取擇于隔離用網(wǎng)狀物的厚度
圖6.20c和d所示的方法需要依次激廊其中一個(gè)陣列的元素，這種方法通常會(huì)產(chǎn)生一困難問題，即由于改變電流路徑會(huì)引起“交叉”感應(yīng),使得對(duì)復(fù)雜的接觸模式所輸出的信號(hào)難以作出準(zhǔn)確的解釋。解決此問題的一種方法是、在每個(gè)交叉點(diǎn)處放一個(gè)二極管以消除流經(jīng)其它路徑 的電流。另一種方法是除了被激勵(lì)的單元外，將所有其它路徑接地。逐個(gè)掃描接收陣列的路徑，我們基本上可以“看”到每個(gè)單元交叉點(diǎn)所起的作用。
到此為止，所討論的各種觸覺傳感器都涉及到測(cè)量垂直于傳感表面的外力。測(cè)量切向運(yùn) 動(dòng)，以確定是否有滑動(dòng)，是觸覺傳感器另一重要應(yīng)用。在結(jié)束本節(jié)前，我們簡要地介紹Bejczy [1980]所建議的用檢測(cè)滑動(dòng)方向和大小的一神方法.圖6. 21所示的器件包括一個(gè)表面有凹陷可自由運(yùn)動(dòng)的小球，它可以使一個(gè)固定在導(dǎo)電盤軸上的細(xì)桿偏斜。在導(dǎo)電盤下均勻地放置若干電觸點(diǎn)，物體在球上滑動(dòng)將導(dǎo)致球的旋轉(zhuǎn)，而球的旋轉(zhuǎn)則會(huì)使細(xì)桿和圓盤以一定頻率振動(dòng), 該頻率正比于球的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)的方向確定哪個(gè)觸點(diǎn)與振動(dòng)的圓盤接觸,相應(yīng)的電路產(chǎn)生脈沖，分析得到的信號(hào)就可確滑動(dòng)的平均方向 "
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