基于质心识别对阵列式触觉系统的压力和温度信息研究

　　引言

　　机器人触觉是机器人在非视觉传感器领域里获取环境信息的重要知觉形式,触觉与其他传感信息的融合可为机器人提供可靠而坚固的知觉系统。是机器人实现与环境直接作用的必需媒介。

　　触觉传感技术的发展趋势之一是触觉传感器的多功能化(含多功能复用)[1],目前已有可同时具有接触觉、压觉、滑觉、热觉、力觉等其中几种功能的,由几种不同敏感元件组合或集成的复合传感器,和利用同一敏感元件在不同激励下的不同响应的多功能触觉传感器在使用。

　　1　系统结构

　　采用硅压阻式压力传感器作为敏感单元,组成触觉系统的敏感阵列。可以安装在机器人手爪上,可与机器人主控制器联成闭环系统,对机械手进行传感反馈控制。一个专用的信号采集及处理的计算机系统作为阵列触觉系统的信息处理系统。

　　其中敏感阵列为传感器的核心,为一扁平状长方体,它具有32×32个能获取力信息的触觉敏感单元,敏感阵列由表面覆盖层、传力阵列、敏感单元、支撑片和基板组成,其构造如图1所示。敏感阵列的敏感单元以32×32的方式排列。每个敏感单元的中心装有传力柱而构成传力阵列。基板是安装结构板,并用于敏感阵列的内、外部引线。

　　由敏感阵列产生的信息经由A/D等信号采集与处理电路运算处理后,进入计算机系统,生成图像信息,其中图像中的每个像素分别对应触觉阵列中的一个触觉传感器单元,由像素点的灰度值表示测得信息,计算机信息处理系统用质心识别的方法进行处理,并可以显示最终处理结果,或将处理结果传递给其他控制系统进行工作。

　　2　系统原理

　　2·1　敏感单元构成

　　作为系统核心的敏感单元,硅压阻式压力传感器是一种发展迅速、应用广泛的压力传感器,由于传感器的四臂电桥电阻是采用半导体材料的扩散技术,这样,会不可避免地由于扩散浓度的离散性而引起电阻值的离散性,以及电阻温度系数的离散性,产生的一个主要问题是温度漂移问题。由于温度会对传感器的测量精度产生很大的影响,这在一定程度上限制了硅压阻式压力传感器的使用。因此,针对这一问题,在实际使用时,通常的做法是采用校正和电路结构来进行补偿的措施[2]。

　　利用一个压阻式压力传感器来同时测量温度和压力[3]。如图2所示,由恒流源供电的硅压阻式压力传感器, AC间输出的是测得的温度信息, BD间输出的是测得的压力信息。经过实验,在对传感器的输出特征进行校正后[4],可显著提高传感器的测量精度,达到用一个传感器在测量压力的同时测量温度的要求,提高了传感器的利用效率。