Тактильный датчик представляет собой устройство , которое измеряет информацию , вытекающая из физического взаимодействия с окружающей средой. Тактильные датчики обычно моделируются на основе биологического ощущения прикосновения к коже, которое способно обнаруживать стимулы, возникающие в результате механической стимуляции, температуры и боли (хотя ощущение боли не является обычным для искусственных тактильных датчиков). Тактильные датчики используются в робототехнике , компьютерном оборудовании и системах безопасности . Обычно тактильные датчики применяются в устройствах с сенсорным экраном на мобильных телефонах и компьютерах .
Тактильные датчики могут быть разных типов, включая пьезорезистивные , пьезоэлектрические , емкостные и эласторезистивные датчики. [3]
Использует [ редактировать ]
Тактильные датчики появляются в повседневной жизни, например, кнопки лифта и лампы, которые тускнеют или становятся ярче от прикосновения к основанию. Также существует бесчисленное множество приложений для тактильных датчиков, о которых большинство людей даже не подозревает.
Датчики, которые измеряют очень небольшие изменения, должны иметь очень высокую чувствительность. Датчики должны быть сконструированы таким образом, чтобы оказывать небольшое влияние на измеряемые параметры; уменьшение размера датчика часто улучшает это и может дать другие преимущества. Тактильные датчики можно использовать для проверки производительности всех типов приложений. Например, эти датчики были использованы в производстве из автомобилей (тормоза, сцепления, дверных уплотнений, прокладок ), батареи ламинирования, болтовых соединений, топливных элементов и т.д.
Тактильная визуализация как метод медицинской визуализации, преобразующий осязание в цифровое изображение, основана на тактильных датчиках. Тактильное отображение близко имитирует ручную пальпацию, поскольку зонд устройства с массивом датчиков давления, установленным на его лицевой стороне, действует аналогично человеческим пальцам во время клинического обследования, деформируя мягкие ткани зондом и обнаруживая возникающие в результате 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. Тактильные датчики могут дополнять визуальные системы, предоставляя дополнительную информацию, когда робот начинает захватывать объект. В настоящее время зрения уже недостаточно, поскольку механические свойства объекта не могут быть определены только зрением. Определение веса, текстуры, жесткости , центра масс , коэффициента трения и теплопроводности требует взаимодействия с объектами и какого-то тактильного ощущения.
Несколько классов тактильных датчиков используются в роботах на войне и в технике. [ необходима цитата ] Некоторые методы одновременной локализации и картографии основаны на тактильных датчиках. [4]
Массивы датчиков давления [ править ]
Матрицы датчиков давления представляют собой большие сетки тактелей. «Тактел» - это «тактильный элемент». Каждый тактел способен обнаруживать нормальные силы. Датчики на основе Tactel обеспечивают «изображение» контактной поверхности с высоким разрешением. Наряду с пространственным разрешением и чувствительностью к силе важны вопросы системной интеграции, такие как проводка и маршрутизация сигналов. [5] Датчики давления выпускаются в тонкопленочной форме. Они в основном используются в качестве аналитических инструментов, используемых инженерами и техническими специалистами в процессах производства и НИОКР , и были адаптированы для использования в роботах. Примеры таких датчиков, доступных потребителям, включают матрицы, построенные из проводящей резины , [6] цирконата титаната свинца(PZT), поливинилиденфторид (PVDF), PVDF-TrFE, [7] FET , [8] и металлические емкостные чувствительные элементы [9] [10] .
Розетки тензометрических датчиков [ править ]
Розетки тензодатчиков состоят из нескольких тензодатчиков , каждый из которых определяет силу в определенном направлении. Когда информация от каждого тензодатчика объединяется, эта информация позволяет определить характер сил или моментов. [11]
Тактильные сенсоры с биологическим вдохновением [ править ]
Было предложено множество биологически вдохновленных конструкций, начиная от простых датчиков типа усов, которые измеряют только одну точку за раз [12], до более совершенных датчиков, похожих на кончики пальцев, [13] [14] [15], до полных датчиков, похожих на кожу. как на последнем iCub (необходима ссылка). Тактильные сенсоры, основанные на биологическом опыте, часто включают более одной стратегии восприятия. Например, они могут обнаруживать как распределение давлений, так и структуру сил, которые будут исходить от массивов датчиков давления и розеток тензодатчиков, обеспечивая двухточечную дискриминацию и измерение силы с человеческими способностями.
Усовершенствованные версии биологически разработанных тактильных датчиков включают определение вибрации, которое было определено как важное для понимания взаимодействия между тактильным датчиком и объектами, когда датчик скользит по объекту. Такие взаимодействия теперь считаются важными для использования человеком инструментов и оценки текстуры объекта. [13] Один из таких датчиков объединяет определение силы, вибрации и теплопередачи. [2]
Тактильные датчики DIY и Open-Hardware [ править ]
Недавно был создан сложный тактильный датчик открытого типа , позволяющий энтузиастам и любителям экспериментировать с дорогостоящей технологией. [16] Кроме того, с появлением дешевых оптических камер были предложены новые датчики, которые можно легко и дешево построить с помощью 3D-принтера. [17]
См. Также [ править ]
- Тактильная технология
- Список датчиков
- Измерение давления
- Чувствительность
- Преобразователь
- Тактильная визуализация
Ссылки [ править ]
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021). "TactieHead" .
- ^ а б «Сенсорная технология - SynTouch, Inc.» . www.syntouchllc.com .
- ^ . Тактильные датчики также представлены в виде пленок, показывающих давление, которые показывают распределение и величину давления между контактирующими поверхностями благодаря мгновенному и постоянному изменению цвета. Эти пленки для индикации давления представляют собой одноразовые датчики, которые фиксируют максимальное давление, которому они подвергались. Пленки индикации давления активируются химической реакцией и не являются электронными датчиками. Роботизированное тактильное зондирование - технологии и системы
- ^ Фокс, Чарльз и др. « Тактильный SLAM с биомиметическим усатым роботом ». 2012 Международная конференция IEEE по робототехнике и автоматизации. IEEE, 2012.
- ^ Дахия, RS; Metta, G .; Valle, M .; Сандини, Г. (2010). «Тактильное восприятие - от людей до гуманоидов - журналы и журнал IEEE» . IEEE Transactions по робототехнике . 26 (1): 1–20. DOI : 10.1109 / TRO.2009.2033627 .
- ^ Shimojo, M .; Намики, А .; Ishikawa, M .; Макино, Р .; Мабучи, К. (2004). «Тактильный сенсорный лист с использованием проводящей давление резины с методом сшивания электрических проводов - Журналы и журнал IEEE». Журнал датчиков IEEE . 4 (5): 589–596. DOI : 10.1109 / JSEN.2004.833152 .
- ^ Дахия, Равиндер S .; Каттин, Давиде; Адами, Андреа; Коллини, Кристиан; Барбони, Леонардо; Валле, Маурицио; Лоренцелли, Леандро; Гобой, Роберто; Метта, Джорджио; Брунетти, Франческа (2011). «На пути к тактильной сенсорной системе на кристалле для робототехнических приложений - журналы и журнал IEEE». Журнал датчиков IEEE . 11 (12): 3216–3226. DOI : 10.1109 / JSEN.2011.2159835 .
- ^ Пьезоэлектрические оксидные полупроводниковые датчики прикосновения на полевых транзисторах
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021). «Емкостные датчики PPS» . PPS . Дата обращения 7 мая 2021 .
- ^ Доби, Гордон (7 мая 2021). «Емкостные тактильные датчики SingleTact» .
- ^ Технический паспорт Schunk FT-Nano 43, 6-осевой датчик крутящего момента силы
- ^ https://www.researchgate.net/profile/Mathew_Evans2/publication/221116457_Tactile_Discrimination_Using_Template_Classifiers_Towards_a_Model_of_Feature_Extraction_in_Mammalian_Vibrissal1600extraction_in_Mammalian_Vibrissal1600extraction_in_Mammalian_Vibrissal1600extraction_in_Mammalian_Vibrissal_System
- ^ a b Фишел, Джереми А .; Сантос, Вероника Дж .; Лоеб, Джеральд Э. (2008). «Надежный датчик микровибрации для биомиметических кончиков пальцев». Надежный датчик микровибрации для биомиметических кончиков пальцев - публикация конференции IEEE . С. 659–663. DOI : 10.1109 / BIOROB.2008.4762917 . ISBN 978-1-4244-2882-3.
- ^ "Разработка тактильного датчика на основе биологически вдохновленного кодирования края - публикация конференции IEEE" . ieeexplore.ieee.org . Июнь 2009. С. 1–6.
- ^ Кэссиди, Эндрю; Эканаяке, Виранта (2006). «Биологически вдохновленная матрица тактильных датчиков, использующая вычисление на основе фазы». Биологически вдохновленная тактильная матрица датчиков, использующая вычисление на основе фазы - публикация конференции IEEE . С. 45–48. DOI : 10.1109 / BIOCAS.2006.4600304 . ISBN 978-1-4244-0436-0.
- ^ "Строительство - TakkTile" . www.takktile.com .
- ^ "Exhor / Bathtip" . GitHub .
External links[edit]
- Automation and Robotics
- Tactile/Touch and Resistive Based Sensors
