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基于皮膚的光學傳感器
閱讀：139 發(fā)布時間：2022-10-22在CPS中要評估可以達到的人機協(xié)作的水平，有必要在給定的協(xié)作環(huán)境中計算指標。在應用各類傳感器，需要明確CPS中人員和機器人的位置，以及相應的應用場景。例如，可以用于與其他人機協(xié)作機器人傳感器關聯(lián)的位置信息的視覺傳感器必須在足夠的照明條件下工作。此外，為了更快，更準確地響應機器人，通信必須更快，通過短距離，安全的無線網(wǎng)絡進行。總體而言，系統(tǒng)必須符合相關的安全標準。對于速度和距離監(jiān)視情況，除了基本區(qū)域和位置監(jiān)視傳感器系統(tǒng)外，還使用慣性測量單元(IMU)。同樣，對于基于力監(jiān)控的人機協(xié)作系統(tǒng)，除了力傳感器之外，基本區(qū)域和位置監(jiān)控對于實現(xiàn)人機協(xié)作也是必需的。在力監(jiān)控中，可以使用不同類型的幾何形狀適合的觸覺傳感器來安裝在機器人上或機器人關節(jié)中，這些傳感器具有減震特性，可以安全地進行碰撞檢測和基于觸摸的交互。也可以使用不同區(qū)間的力傳感器來評估單獨人體部位的受力極限。
人機協(xié)作中除了特定解決方案中所采用的傳感器技術外，還可能存在多個可以建立通用解決方案或指南的工業(yè)場景。這些工業(yè)場景范圍包括從單個機器人到與多個人工一起工作的多個機器人構成人機協(xié)作系統(tǒng)。這其中可能包括使用慣性傳感器，視覺，雷達或用于人類位置監(jiān)測的任何混合方法。混合方法可以結合使用兩種及以上方法，可以高精度地執(zhí)行任務，因為來自多個單獨的傳感器系統(tǒng)的定位信息將相互配合并補償錯誤。此外，在給定的情況下，不同的傳感器在某些技術領域可能更實用，例如攝像機遇到視覺障礙時將無法運行。在這種情況下，其他技術傳感器將保持系統(tǒng)功能。
隨著機器人逐漸向著開放性空間發(fā)展，越來越多的機器人采用視覺信息處理及技術。例如，相關研究人員結合多傳感器信息融合技術，基于立體攝像機采集工作單元數(shù)據(jù)，系統(tǒng)檢測環(huán)境中的人員與機器人，并根據(jù)本體位置和軌跡生成動態(tài)危險區(qū)域。有研究基于深度傳感器建立深度空間方法，通過估計機器人與靜態(tài)和移動障礙物間的距離，進而將這種實時距離測量及障礙物速度估計信息與基于排斥力矢量的控制器一起用作防撞技術。此外，也有研究基于行為預測和圖像數(shù)據(jù)信息，通過RGB輸入的數(shù)據(jù)和標準化活動描述矢量來消除對定時或時間序列信息的需要，進而預測人體活動行為，避免碰撞。針對視覺采集過程中可能存在的物體遮掩問題，有研究人員基于機載傳感方法，開發(fā)了一種分布式距離傳感器，并優(yōu)化了機器人本體傳感器較佳裝配位置，一定程度上降低了非結構環(huán)境下碰撞事件的發(fā)生。
機器人皮膚是基于傳感原理和設計技術(如電阻，電容，壓電，聲學等)對傳感技術進行不同的分類，可以通過關注觸覺信息處理來進行不同的設計。一個有趣且有用的發(fā)展方向是機器人的皮膚，可以提供豐富而直接的反饋，使機器人系統(tǒng)能夠通過多個接觸點識別物體。
1）基于皮膚的光學傳感器：基于皮膚的光學傳感器的總體思路是開發(fā)一種能夠提供觸覺和視覺信息的多模式傳感器。有鑒于此，一些研究人員提議用不透明的材料覆蓋傳感器的皮膚表面，以阻止外界光線進入傳感器。但是，使用不透明的材料會限制視覺傳感器提供的信息，因此使他們只專注于觸覺信息。為了解決這個問題，有研究人員提出了一個由透明皮膚，照相機和彩色標記組成的原型，可提供高分辨率的接觸力和近距離視覺。
2）基于皮膚的軟傳感器：各種常規(guī)的柔性傳感器都面臨著降低傳感器靈敏度的技術問題。例如，
老化和機械應力會導致磁滯現(xiàn)象并降低傳感器的靈敏度。為了應對這一挑戰(zhàn)，有人提出了一種磁流變觸覺傳感器，該傳感器由柔性的上層和下層彈性體組成。彈性片上的變形會引起磁通量的變化，從而影響傳感器的空間響應。
安全交互問題作為機器人交互融入大眾日常生活的基本要求，而傳感技術作為人機協(xié)作研究中的一部分，其研究和應用意義重大，為實現(xiàn)“中國制造2025"，構建新型工業(yè)體系和智能家園藍圖，人機協(xié)作安全和傳感器技術的研究需要進一步完善相關的學科研究和產(chǎn)業(yè)技術。