Тактильный датчик

Датчик тактильности – это устройство, которое измеряет информацию, возникающую из-за физического взаимодействия с окружающей средой. Тактильные датчики обычно моделируются после биологического восприятия кожного прикосновения, который способен обнаруживать раздражители, возникающие в результате механической стимуляции, температуры и боли (хотя чувствительность к боли не встречается в искусственных тактильных датчиках). Тактильные датчики используются в робототехнике, компьютерной технике и системах безопасности. Общее применение тактильных датчиков – это сенсорные устройства на мобильных телефонах и компьютерах.

Тактильные датчики могут быть разных типов, включая пьезорезистивные, пьезоэлектрические, емкостные и эласторезистивные датчики.

Такие датчики могут собирать информацию о:

положение, форма и ориентация касающегося объекта
значения и направление силы в области контакта
слип
теплопроводность и абсолютная температура тела
текстуры и влажности поверхности
твердость

классификация

Датчики тактильной силы
Матрица сопротивления – две перпендикулярные плоскости параллельных электродов, отделенные друг от друга пьезорезистивным материалом. Точка массива определяется на пересечении перпендикулярных электродов.
Магнитный резистивный осязательный датчик
Тактильный датчик с пьезоэлектрическим слоем
Тактильный датчик с инфракрасным излучением

Чувствительные тактильные датчики
Тактильный датчик с проводящими резиновыми слоями
Емкостный сенсорный датчик
Оптоэлектронный тактильный датчик
Тактильный датчик с использованием дипольного момента

Пользы
Тактильные датчики появляются в повседневной жизни, такие как кнопки лифта и лампы, которые тускнеют или светятся, касаясь основания. Существуют также бесчисленные приложения для тактильных датчиков, о которых большинство людей никогда не знают.

Датчики, которые измеряют очень небольшие изменения, должны обладать очень высокой чувствительностью. Датчики должны быть спроектированы так, чтобы иметь небольшое влияние на измеренные; что делает датчик меньшим, часто улучшает его и может привести к другим преимуществам. Тактильные датчики могут использоваться для проверки производительности всех типов приложений. Например, эти датчики использовались при изготовлении автомобилей (тормоза, муфты, дверные уплотнения, прокладка), ламинирование батареи, болтовые соединения, топливные элементы и т. Д.

Тактильная визуализация, как метод медицинской визуализации, перевод ощущения прикосновения в цифровое изображение основывается на тактильных датчиках. Тактильное изображение близко имитирует ручное пальпацию, поскольку зонд устройства с матрицей датчиков давления, установленный на его лице, действует как человеческие пальцы во время клинического обследования, деформируя мягкую ткань зондом и обнаруживая возникающие изменения в шаблоне давления.

Роботы, предназначенные для взаимодействия с объектами, требующими обработки с использованием точности, ловкости или взаимодействия с необычными объектами, нуждаются в сенсорном аппарате, функционально эквивалентном тактильной способности человека. Тактильные датчики разработаны для использования с роботами. Тактильные датчики могут дополнять визуальные системы, предоставляя дополнительную информацию, когда робот начинает захватывать объект. В это время зрения уже недостаточно, поскольку механические свойства объекта не могут определяться только одним видением. Определение веса, текстуры, жесткости, центра масс, коэффициента трения и теплопроводности требует взаимодействия объектов и своего рода тактильного восприятия.

Несколько классов тактильных датчиков используются в роботах в боевых действиях и технике

Массивы датчиков давления
Массивы датчиков давления представляют собой большие сетки тактов. «Тактил» – это «тактильный элемент». Каждый такт способен обнаруживать нормальные силы. Датчики на основе такторе обеспечивают изображение изображения с высоким разрешением контактной поверхности. Наряду с пространственным разрешением и чувствительностью к силе важны такие вопросы интеграции систем, как проводка и маршрутизация сигналов. Матрицы датчиков давления доступны в тонкопленочной форме. Они в основном используются в качестве аналитических инструментов, используемых в процессах производства и НИОКР инженерами и техническими специалистами, и адаптированы для использования в роботах. Примерами таких датчиков, доступных для потребителей, являются массивы, изготовленные из проводящей резины, титаната цирконата свинца (PZT), поливинилиденфторида (PVDF), PVDF-TrFE, FET и металлических емкостных чувствительных элементов.

Розетки с тензодатчиком
Розетки тензодатчиков построены из нескольких тензодатчиков, причем каждый датчик определяет силу в определенном направлении. Когда информация из каждого тензодатчика объединяется, информация позволяет определять структуру сил или крутящих моментов.

Биологически вдохновленные тактильные датчики
Было предложено множество проектов, основанных на биологическом отношении, начиная от простых вископодобных датчиков, которые измеряют только одну точку за один раз с помощью более продвинутых сенсоров для пальцев, чтобы дополнить датчики, подобные коже, как на последнем iCub (см. Биологически вдохновленные тактильные датчики часто включают в себя более чем одну чувствительную стратегию. Например, они могут определять как распределение давлений, так и структуру сил, которые поступают из массивов датчиков давления и розеток тензодатчиков, позволяя двухточечную дискриминацию и силовое зондирование с человекоподобной способностью.

Расширенные версии биологически разработанных тактильных датчиков включают в себя вибрационное зондирование, которое, как было установлено, важно для понимания взаимодействия между тактильным датчиком и объектами, где датчик скользит по объекту. В настоящее время считается, что такие взаимодействия важны для использования человеческого инструмента и оценки структуры объекта. Один из таких датчиков сочетает в себе измерение силы, вибрационное зондирование и измерение теплопередачи.

DIY и сенсорные датчики с открытым оборудованием
В последнее время сложный тактильный датчик стал открытым, а энтузиасты и любители экспериментировали с дорогостоящей технологией. Кроме того, с появлением дешевых оптических камер были предложены новые датчики, которые можно легко и недорого построить с помощью 3D-принтера.