触覚センサ

触覚センサは、その環境との物理的相互作用から生じる情報を測定する装置である。 触覚センサは、一般に、機械的刺激、温度、および痛み(人工触覚センサでは痛みの感知は一般的ではないが)から生じる刺激を検出することができる、皮膚接触の生物学的感覚の後にモデル化される。 触覚センサは、ロボット工学、コンピュータハードウェア、およびセキュリティシステムで使用されます。 触覚センサの一般的な用途は、携帯電話およびコンピューティングのタッチスクリーンデバイスにある。

触覚センサは、ピエゾ抵抗性、圧電性、容量性および弾性抵抗性センサを含む異なるタイプのものであってもよい。

このようなセンサは、

タッチされているオブジェクトの位置、形状、および向き
接触領域における力の値および方向
スリップ
接触した身体の熱伝導率および絶対温度
風合いと表面湿度
硬度

分類

触覚力センサ
抵抗マトリックス – ピエゾ抵抗材料によって互いに分離された平行電極の2つの垂直面。 アレイのポイントは垂直電極の交点で定義されます。
磁気抵抗触覚センサ
圧電層を有する触覚センサ
赤外線を用いた触覚センサ

敏感な触覚センサ
導電性ゴム層を備えた触覚センサ
容量性触覚センサ
オプトエレクトロニクス触覚センサ
双極子モーメントを用いた触覚センサ

用途
タクティールセンサは、エレベータボタンやランプなど、日常生活の中で触れることで薄暗くなります。 ほとんどの人が認識していない触覚センサーのための無数のアプリケーションもあります。

非常に小さな変化を測定するセンサーは、非常に高い感度を有しなければならない。 センサは、測定されるものに小さな影響を与えるように設計する必要があります。 センサーを小さくすると、これが改善され、他の利点が導入されることがあります。 触覚センサを使用して、あらゆるタイプのアプリケーションの性能を試験することができる。 例えば、これらのセンサは、自動車(ブレーキ、クラッチ、ドアシール、ガスケット)、バッテリラミネーション、ボルトジョイント、燃料電池などの製造に使用されてきた。

触覚センサは、接触感覚をデジタル画像に変換する医用画像モダリティとしての触覚撮像は、触覚センサに基づいている。 触覚イメージングは​​、触診の際に人間の指と同様の働きをし、プローブによって軟組織を変形させ、圧力パターンの変化を検出するので、手動触診とよく似ている。

精巧さ、器用さ、または異常な物体との相互作用を含む操作を必要とする物体と相互作用するように設計されたロボットは、人間の触覚能力と機能的に同等な感覚装置を必要とする。 触覚センサは、ロボット用に開発されている。 触覚センサは、ロボットが物体を把持し始めたときに付加情報を提供することによって、視覚システムを補完することができる。 現時点では、ビジョンだけでは物体の機械的特性を決定することができないため、ビジョンはもはや十分ではありません。 重量、質感、剛性、重心、摩擦係数、および熱伝導率を決定するには、物体の相互作用およびある種の触覚感知が必要である。

戦闘および工学のロボットでは、いくつかの種類の触覚センサが使用されています

圧力センサアレイ
圧力センサアレイは、タクトの大きなグリッドです。 「タクテル」は「触覚要素」です。 各タクトは正常な力を検出することができます。 タクタルベースのセンサは接触面の高解像度「画像」を提供します。 空間分解能や力の感度と並んで、配線や信号配線などのシステム統合の問題が重要です。 圧力センサアレイは、薄膜形態で入手可能である。 主にエンジニアや技術者による製造と研究開発プロセスで使用される分析ツールとして使用され、ロボットでの使用に適応されています。 このような消費者が利用できるセンサの例には、導電性ゴム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、PVDF-TrFE、FET、および金属容量感知素子から構成されるアレイが含まれる。

ひずみゲージロゼット
ひずみゲージロゼットは複数のひずみゲージから構成され、各ゲージは特定の方向の力を検出します。 各ひずみゲージからの情報が結合されるとき、情報は力またはトルクのパターンの決定を可能にする。

生物学的に触発された触覚センサ
最新のiCub(要出典)のように皮膚のようなセンサーを完成させるために、一度に1点のみを測定する単純なウィスカー様センサーから、より高度な指先様センサーに至るまで、さまざまな生物学的にインスパイアされたデザインが提案されています。 生物学的に触発された触覚センサは、しばしば複数の感知戦略を組み込む。 例えば、圧力の分布と、圧力センサアレイとひずみゲージロゼットから来る力のパターンの両方を検出して、人間のような能力を備えた2点弁別と力感知を可能にする。

生物学的に設計された触覚センサの先進的なバージョンには、触覚センサとセンサが物体上を摺動する物体との間の相互作用を理解するために重要であると判断された振動感知が含まれる。 このような相互作用は、現在、人間の道具の使用および物体の質感の判断にとって重要であると理解されている。 そのようなセンサの1つは、力感知、振動感知、熱伝達感知を組み合わせたものである。

DIYおよびオープンハードウェア触覚センサ
最近、洗練された触覚センサがオープンハードウェア化されており、愛好家や愛好家は他にも高価な技術を試すことができます。 さらに、安価な光学カメラの出現に伴い、3Dプリンタで容易かつ安価に構築できる新規なセンサが提案されている。