觸覺傳感器

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觸覺傳感器是一種測量其本體與環境之間的物理交互信息的設備。觸覺的傳感器通常模擬的是生物學意義上的皮膚受體，其能夠檢測由機械刺激、溫度和痛苦(雖然痛感在人工觸覺傳感器中是不常見的)所造成的激勵信號。觸覺傳感器被用於機械人, 計算機硬件和安全系統中。觸覺傳感器的常見應用是在如流動電話或移動計算中的觸屏設備中。

觸覺傳感器因其原理不同，可大致分為壓阻效應、壓電效應、電容式和電阻式等幾種。[1]

使用[編輯]

觸覺傳感器廣泛用於日常生活中，如電梯按鈕、或是通過點按調節亮暗的枱燈。觸覺傳感器有非常廣泛的應用，而很多人對此不得而知。

測量非常小的變化的傳感器必須具有非常高的靈敏度。傳感器需要設計為對被測量值產生儘可能小的影響；通常，將傳感器設計得儘可能小巧可以減小對被測量值的影響，並可能帶來其他優點。 觸覺傳感器可用於測試所有類型應用的性能。 例如，觸覺傳感器已被用於汽車製造（如制動器，離合器，門封， 墊片）、電池層壓、螺栓連接、燃料電池等。

觸覺成像是一種基於觸覺傳感器的醫學成像模態，其將觸覺信息轉化為數字圖像。 觸覺成像非常類似於手動觸診，安裝在其表面的壓力傳感器陣列的裝置的探針與人的手指類似，在臨床檢查期間，通過探針使軟組織變形並檢測壓力模式的結果變化。

設計用於與物體進行交互的機械人需要精確、靈巧或者與不常見物體交互的操作能力，這種機械人需要在功能上等同於人類觸覺能力的感覺裝置。 觸覺傳感器已被研發用於機械人系統中。 當機械人開始抓住物體時，觸覺傳感器可以通過提供附加信息來補充視覺系統。在此過程中，視覺信息不再具有充分性，因為物體的機械性質無法僅通過視覺確定。重量、質地、剛度、質心、摩擦係數和熱導率需要與物體相互作用和某種觸覺傳感才能實現測量。

幾類用於機械人的觸覺傳感器被用於戰爭和工程用途。

壓力傳感器陣列[編輯]

壓力傳感器陣列是大型的tactel網格（「tactel」是觸覺單元TACTile ELement的簡寫）。 每個觸覺單元都能夠檢測法向力。 基於觸覺單元的傳感器提供接觸表面的高解像度「圖像」。 除了空間解像度和力敏感性之外，諸如布線和信號路由之類的系統集成問題也很重要。[2] 壓力傳感器陣列還有薄膜形式。 它們主要用作工程師和技術人員在製造和研發過程中使用的分析工具，並已適用於機械人。 可供消費者使用的這種傳感器的實例包括由導電橡膠[3]、鋯鈦酸鉛（PZT）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、PVDF-TrFE[4]、FET[5]和金屬電容傳感元件構成的陣列。

應變計玫瑰花結[編輯]

應變計玫瑰花結由多個應變計構成，每個應變計檢測特定方向的力。 當來自每個應變儀的信息被組合時，該信息允許確定力或扭矩的模式。[6]

生物學上的啟發的觸覺傳感器[編輯]

研究人員已經提出了各種生物學啟發的設計，從簡單的類晶須傳感器，一次只測量一個點[7]，到較先進的類指尖傳感器[8][9][10]，再到最新的iCub（需要引用）上使用的完整的類皮膚傳感器。生物啟發的觸覺傳感器通常包含多種傳感策略。 例如，它們具有類似人的能力，可以檢測壓力的分佈，以及來自壓力傳感器陣列和應變儀玫瑰花結的力模式，能夠進行兩點辨別和力感知。

更先進的生物啟發觸覺傳感器包括振動感知，這一過程在傳感器從物體表面滑過時，理解觸覺傳感器和物體之間的交互具有重要意義。現在，這種相互作用被認為對於人類使用工具和判斷物體的紋理具有重要意義[8]。 一種這樣的傳感器結合了力感知、振動感測和熱傳遞感測[11]。

DIY和開源硬件中的觸覺傳感器[編輯]

最近，一種成熟的觸覺傳感器已經成為開源式硬件，使愛好者們能夠嘗試這種通常成本高昂的技術[12]。 此外，隨着便宜的光學相機的出現，可以由3D打印機輕鬆且廉價構建的新型傳感器已經問世[13]。

參見[編輯]

參考文獻[編輯]

  1. ^ . Tactile sensors also come in the form of pressure indicating films that reveal pressure distribution and magnitude between contacting surfaces by virtue of an immediate and permanent color change. These pressure indicating films are one-time use sensor that capture the maximum pressure they were exposed to. Pressure indicating films are activated by chemical reaction and are non-electronic sensors. Robotic Tactile Sensing - Technologies and System （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  2. ^ Dahiya, R.S.; Metta, G.; Valle, M.; Sandini, G. Tactile Sensing—From Humans to Humanoids - IEEE Journals & Magazine. IEEE Transactions on Robotics. 2010, 26: 1–20. doi:10.1109/TRO.2009.2033627. 
  3. ^ Shimojo, M.; Namiki, A.; Ishikawa, M.; Makino, R.; Mabuchi, K. A tactile sensor sheet using pressure conductive rubber with electrical-wires stitched method - IEEE Journals & Magazine. IEEE Sensors Journal. 2004, 4 (5): 589–596. doi:10.1109/JSEN.2004.833152. 
  4. ^ Dahiya, Ravinder S.; Cattin, Davide; Adami, Andrea; Collini, Cristian; Barboni, Leonardo; Valle, Maurizio; Lorenzelli, Leandro; Oboe, Roberto; Metta, Giorgio. Towards Tactile Sensing System on Chip for Robotic Applications - IEEE Journals & Magazine. IEEE Sensors Journal. 2011, 11 (12): 3216–3226. doi:10.1109/JSEN.2011.2159835. 
  5. ^ Piezoelectric oxide semiconductor field effect transistor touch sensing devices[永久失效連結]
  6. ^ Data sheet for Schunk FT-Nano 43, a 6-axis force torque sensor (PDF). [2019-07-01]. （原始內容 (PDF)存檔於2015-09-24）. 
  7. ^ 存档副本 (PDF). [2019-07-01]. （原始內容存檔 (PDF)於2018-06-12）. 
  8. ^ 8.0 8.1 Fishel, Jeremy A.; Santos, Veronica J.; Loeb, Gerald E. http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=4762917 |chapterurl=缺少標題 (幫助). A robust micro-vibration sensor for biomimetic fingertips. ieeexplore.ieee.org. 2008: 659–663 [2019-07-01]. ISBN 978-1-4244-2882-3. doi:10.1109/BIOROB.2008.4762917. （原始內容存檔於2015-04-02）.  引用錯誤：帶有name屬性「C」的<ref>標籤用不同內容定義了多次
  9. ^ Development of a tactile sensor based on biologically inspired edge encoding - IEEE Conference Publication. ieeexplore.ieee.org: 1–6. June 2009 [2019-07-01]. （原始內容存檔於2015-04-02）. 
  10. ^ Cassidy, Andrew; Ekanayake, Virantha. http://ieeexplore.ieee.org/Xplore/login.jsp?url=http://ieeexplore.ieee.org/iel5/4591408/4600290/04600304.pdf?arnumber=4600304&authDecision=-203 |chapterurl=缺少標題 (幫助) (PDF). A biologically inspired tactile sensor array utilizing phase-based computation. ieeexplore.ieee.org. 2006: 45–48. ISBN 978-1-4244-0436-0. doi:10.1109/BIOCAS.2006.4600304. 
  11. ^ Sensor Technology - SynTouch, Inc.. www.syntouchllc.com. [2019-07-01]. （原始內容存檔於2013-08-23）. 
  12. ^ Building It - TakkTile. www.takktile.com. [2019-07-01]. （原始內容存檔於2021-01-28）. 
  13. ^ Exhor/bathtip. GitHub. [2019-07-01]. （原始內容存檔於2020-12-09）. 

外部連結[編輯]

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