研究人员开发低成本传感器来增强机器人的触觉

在操纵和抓取过程中实现人类水平的灵活性一直是机器人技术的长期目标。为了实现这一目标，拥有可靠的触觉信息和力感对于机器人来说至关重要。最近发表在IEEERoboticsandAutomationLetters上的一项研究描述了L3F-TOUCH传感器，该传感器增强了经典触觉传感器的力感应能力。该传感器重量轻、成本低、无线，使其成为改造现有机器人手和抓手的经济选择。

人手可以感知压力、温度、质地和疼痛。此外，人手可以根据物体的形状、大小、重量和其他物理属性来区分物体。目前的许多机器人手或抓取器甚至与人手都不接近，因为它们不具有集成的触觉功能，使得处理物体变得复杂。

如果不了解相互作用力和所处理物体的形状，机器人手指就不会有任何“触摸感”，并且物体很容易从机器人手的手指中滑落，如果它们是脆弱的，甚至会被压碎。

这项研究由伦敦玛丽女王大学的KasparAlthoefer教授领导，提出了新型L3F-TOUCH——高分辨率指尖传感器，其中L3代表轻量级、低成本、无线通信。传感器可以测量物体的几何形状并确定与其相互作用的力。与其他通过相机图像获取的触觉信息来估计相互作用力的传感器不同，L3F-TOUCH直接测量相互作用力，从而实现更高的测量精度。

“其竞争对手通过重建软弹性体变形的相机图像来估计所经历的相互作用力，与之相比，L-3F-TOUCH通过带有镜子系统的集成机械悬挂结构直接测量相互作用力，从而实现更高的测量精度和更宽的测量范围。”

“该传感器的物理设计旨在将力测量与几何信息分离。因此，与竞争对手相比，感测到的三轴力不受接触几何形状的影响。通过嵌入式无线通信，该传感器在与机器人手的集成性方面也优于竞争对手，卡斯帕·阿尔特霍弗教授说道。

当传感器接触表面时，紧凑的悬挂结构使弹性体(一种类似橡胶的材料，可变形以测量暴露于外力的高分辨率接触几何形状)在接触时发生位移。为了理解这些数据，通过检测特殊标记(即所谓的ARTag)的移动来跟踪弹性体的位移，使我们能够通过校准过程测量沿三个主轴(x、y和z)的接触力。

“我们未来的工作重点是扩展传感器的功能，不仅可以测量沿三个主轴的力，还可以测量旋转力(例如扭转力)，这种力在螺钉紧固过程中可能会遇到，同时保持精确和紧凑。这些进步可以让人们感受到触摸使机器人在操作任务中更加动态和敏捷，甚至在人机交互环境中，例如患者康复或老年人的身体支持，”阿尔特霍弗教授补充道。

这一突破可能为未来更先进、更可靠的机器人技术铺平道路，就像L3F-TOUCH传感器一样，机器人可以拥有触觉，使它们更有能力处理物体和执行复杂的操纵任务。

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