开yun体育网以及 PCB 电路板（带有霍尔传感器）-开云·kaiyun(全站)体育官方网站/网页版 登录入口

触觉是东说念主类感知外部环境并与之交互的进击知觉局势开yun体育网。

当今，科学家们也正在制作柔性皮肤，试图将这种智商赋予机器东说念主，使之能完成更为贤达、复杂的操作。

比如，自相宜地稳稳夹紧一颗鸡蛋：

当今流行的柔性触觉传感器包括：

视触觉传感器：世俗欺诈于斟酌范畴，不错提供高分辨率的触觉图像。

基于压阻或电容的触觉传感器阵列，不错检测压力分散，且易于制作。

问题是，奈何使用浅显的传感器结构和标定圭臬驱散三维力的解耦如故一个弘远的挑战——这意味着这些传感器时时在结构和制造上仍较为复杂，需要多数的校准过程，这约束了它们的世俗落地。

为管制这一问题，来自法国国度科学斟酌中心（CNRS）和香港大学的斟酌东说念主员提议了一种基于柔性磁膜的触觉传感器。

通过狡计正交磁化的 Halbach 阵列，该触觉传感器不错驱散三维力的自解耦，将标定复杂度从三次方裁汰到一次方，极地面简化了传感器结构以及标定经由，为低资本的三维力触觉传感提供了新念念路。

△图 1 传感器结构与旨趣

相关后果以" A soft skin with self-decoupled three-axis force-sensing taxels "为题，已发表在 Nature 子刊《Nature Machine Intelligence》上。

如图 1 所示，该触觉传感器的主体部分从上往下分为三层：柔性磁膜，弹性硅胶，以及 PCB 电路板（带有霍尔传感器）。

当磁膜在外力作用下发生变形后，磁膜与霍尔传感器之间的距离将发生变化，因此由霍尔传感器测得的磁场大小及标的也会随之发生变化，该三维磁场信息经过解耦算法不错被蜕变为三维力信息。

之前的斟酌标明单面多极正弦磁化的 Halbach 阵列有二维自解耦的特色，即在 x-z 平面内，磁感应强度 B 只和 z 标的联系，磁场标的 RB 只和 x 标的联系，因此不错用于二维力的自解耦。

由于磁场得志叠加旨趣，斟酌东说念主员发现，将两个正弦磁化的 Halbach 阵列磁场进行正交叠加后，二维自解耦的特色在一定条目下通过简化不错被引申到三维。

△图 2 Halbach 阵列的磁场正交叠加

即 B 只和 z 标的联系，Rxz 只和 x 标的联系，Ryz   只和 y 标的联系，其中 B，Rxz，Ryz   在简化前后的归一化足够过错（NAE）分裂为 2.88%、3% 和 4.56%。

基于正交磁化 Halbach 阵列三维自解耦的特色，三维力 Fz、Fx、Fy 不错分裂通过 B、Rxz、Ryz   解耦出来。

为了考证上述三维力自解耦圭臬的可行性，斟酌东说念主员狡计并制作了三个具有不同神气、大小、量程及灵敏度的触觉传感器，以用于不同的骨子欺诈。

东说念主工膝要道三维力分散测量

第一个欺诈是测量东说念主工膝要道处的三维力分散：

膝要道由 3D 打印而成，下半部分由触觉传感器（含 24 个传感单位）及 ATI 六维力 / 力矩传感器构成；上半部分由机械臂初始模拟东说念主类膝要道的蜿蜒和滑动。

实际潜入，触觉传感器不错提供及时的三维力分散测量，且测得的协力与简直值（来自 ATI 传感器）过错很小。

触觉示教机器东说念主制作咖啡

另一个欺诈是基于触觉的教机器东说念主制作咖啡。

如下图所示，斟酌东说念主员将一个不错检测力和力矩的 3x3 触觉传感器阵列装配在了机械夹爪的一端（取矩点为传感器中心），当操作员轻触或滑动传感器名义的本事，传感器将检测到相应标的的力和力矩。

该力和力矩乘以一个增益矩阵（gain matrix）之后将被分裂蜕变为机械臂结尾实行器的带领增量（移动 + 动弹），并通过一个阻抗约束器（impedance controller）更新机械臂的结尾姿态。

机械夹爪的开合可由特定的触觉信号编程约束，如快速高下滑动传感器名义约束"关闭夹爪"，快速高下摇动所夹物体约束"掀开夹爪"。

通过平直和传感器或所夹物体交互，机械臂及夹爪不错被精准约束并次第完成夹持水杯、倒水：

以及舀取咖啡粉，搅动咖啡，放回咖啡勺等看成。

在这一过程中示教东说念主员无需按压示教按钮（即传统示教圭臬），不错平直和物体交互，提供了一种更直不雅浅显的示教形势。

示教驱散后，机械臂及夹爪只需要近似示教过程中记载的带领轨迹及开合状况即可完成咖啡的制作。斟酌东说念主员示意由于未使用视觉反映，轨迹近似阶段悉数物品的位置齐需与示教阶段一致，之后可通过引入视觉反映和 AI 算法来驱散愈加智能和通用的效法学习。

另外，通过编程，不错切换机械臂示教阵势和自相宜执取阵势（把柄切向力及时动态疗养法向夹持力）。

斟酌东说念主员还展示了柔性 PCB 基底的触觉传感器在可一稔成就中的欺诈。如下图所示，通过将一个具有柔性 PCB 基底的触觉传感单位扬弃于膝盖支架（knee brace）内侧，咱们不错监测使用者在闲居行动过程中膝盖支架与腿部的三维斗殴力，这展示了三维柔性触觉传感器在健康监测范畴的潜在欺诈。

本文的作家包括来自法国国度科学斟酌中心 CNRS-LIRMM 实际室的闫友璨（博士后斟酌员），Ahmed Zermane（博士），Abderrahmane Kheddar 教诲，以及香港大学的潘佳教诲。

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著述相连：https://doi.org/10.1038/s42256-024-00904-9开yun体育网