機器人力觸覺感知技術

第1章　緒論 1
　1.1　概述　/ 2
　1.2　智能機器人感知技術的發(fā)展　/ 4
　1.3　智能機器人信息獲取概述　/ 7
　參考文獻　/ 8
第2章　智能機器人感知系統(tǒng) 10
　2.1　概述　/ 11
　2.2　智能機器人多維力/力矩信息感知獲取　/ 15
　　　2.2.1　智能機器人多維力/力矩傳感器研究現(xiàn)狀　/ 15
　　　2.2.2　智能機器人多維力/力矩傳感器的分類　/ 19
　　　2.2.3　電阻式多維力/力矩傳感器檢測原理　/ 19
　　　2.2.4　智能機器人多維力/力矩傳感器的發(fā)展　/ 20
　2.3　智能機器人觸覺感知技術　/ 23
　　　2.3.1　壓電式觸覺傳感器　/ 23
　　　2.3.2　壓阻式觸覺傳感器　/ 25
　　　2.3.3　電容式觸覺傳感器　/ 26
　　　2.3.4　其他觸覺傳感器　/ 28
　　　2.3.5　觸覺傳感器的應用　/ 30
　　　2.3.6　觸覺傳感器的發(fā)展趨勢　/ 33
　　　2.3.7　存在問題　/ 40
　參考文獻　/ 40
第3章　力敏導電橡膠的理論基礎 44
　3.1　概述　/ 45
　3.2　導電橡膠的導電性　/ 46
　　　3.2.1　基礎理論　/ 46
　　　3.2.2　導電機理　/ 47
　3.3　導電橡膠的力敏特性　/ 49
　　　3.3.1　壓敏特性　/ 50
　　　3.3.2　外力-電阻計算模型　/ 51
　3.4　力敏導電橡膠的應用　/ 56
　　　3.4.1　力敏導電橡膠的特色應用　/ 56
　　　3.4.2　力敏導電橡膠在觸覺傳感器中的應用　/ 57
　參考文獻　/ 60
第4章　柔性三維觸覺傳感器的結構研究 62
　4.1　概述　/ 63
　4.2　整體三層式結構　/ 65
　　　4.2.1　陣列結構及力學模型　/ 65
　　　4.2.2　局限性分析　/ 68
　4.3　整體兩層式結構　/ 69
　　　4.3.1　陣列結構及力學模型　/ 69
　　　4.3.2　局限性分析　/ 74
　4.4　改進型兩層式結構　/ 74
　　　4.4.1　陣列結構及力學模型　/ 74
　　　4.4.2　仿真實驗　/ 80
　　　4.4.3　局限性分析　/ 82
　參考文獻　/ 83
第5章　整體兩層網(wǎng)狀式結構的柔性三維觸覺傳感器研究 84
　5.1　概述　/ 85
　5.2　整體兩層對稱式網(wǎng)狀結構的傳感器研究　/ 85
　　　5.2.1　陣列結構　/ 85
　　　5.2.2　行列掃描電路　/ 87
　　　5.2.3　傳感器的解耦　/ 89
　5.3　整體兩層非對稱式網(wǎng)狀結構的傳感器研究　/ 100
　　　5.3.1　陣列結構　/ 100
　　　5.3.2　單點受力模型　/ 101
　　　5.3.3　多點受力模型　/ 103
　　　5.3.4　解耦實驗　/ 105
　5.4　基于隧道效應模型的傳感器研究　/ 116
　　　5.4.1　敏感單元的制作流程　/ 118
　　　5.4.2　受力分析　/ 120
　　　5.4.3　解耦方法探討　/ 124
　參考文獻　/ 125
第6章　柔性三維觸覺傳感器的標定研究 126
　6.1　概述　/ 127
　6.2　標定平臺的設計　/ 128
　6.3　標定實驗　/ 130
　6.4　基于BP神經網(wǎng)絡的柔性三維觸覺傳感器標定　/ 134
　　　6.4.1　BP神經網(wǎng)絡　/ 134
　　　6.4.2　利用BP神經網(wǎng)絡實現(xiàn)傳感器標定　/ 136
　參考文獻　/ 143
第7章　機器人力覺信息獲取的研究 144
　7.1　電阻式多維力/力矩傳感器檢測原理　/ 145
　7.2　電容式多維力/力矩傳感器檢測原理　/ 149
　7.3　壓電式多維力/力矩傳感器檢測原理　/ 151
　7.4　光纖光柵式多維力/力矩傳感器檢測原理　/ 155
　7.5　力覺傳感器性能評價指標　/ 156
　7.6　機器人微型指尖少維力/力矩信息獲取的研究　/ 157
　　　7.6.1　四維指尖力/力矩傳感器結構　/ 157
　　　7.6.2　五維力/力矩傳感器結構　/ 160
　　　7.6.3　靜、動力學仿真及分析　/ 162
　　　7.6.4　應變片布片及組橋　/ 173
　　　7.6.5　標定及校準實驗設計與維間解耦　/ 177
　　　7.6.6　傳感器精度性能評價　/ 179
　　　7.6.7　機器人微型四維指尖力/力矩信息獲取實例　/ 181
　參考文獻　/ 184
第8章　機器人多維力/力矩傳感器解耦方法的研究 185
　8.1　靜態(tài)線性解耦　/ 187
　　　8.1.1　直接求逆法（n=6） 　/ 187
　　　8.1.2　最小二乘法（n＞6） 　/ 187
　8.2　靜態(tài)非線性解耦　/ 188
　　　8.2.1　基于BP神經網(wǎng)絡的多維力/力矩傳感器解耦　/ 188
　　　8.2.2　基于支持向量機SVR的多維力/力矩傳感器解耦　/ 189
　　　8.2.3　基于極限學習機的多維力/力矩傳感器解耦　/ 192
　　　8.2.4　稀疏電壓耦合貢獻的極限學習機解耦（MIVSV-ELM） 　/ 195
　8.3　實驗　/ 197
　　　8.3.1　標定實驗　/ 197
　　　8.3.2　解耦實驗　/ 199
　　　8.3.3　BP、SVR 及ELM三種非線性解耦算法的對比分析　/ 204
　參考文獻　/ 205
第9章　基于力覺感知的三維坐標測量系統(tǒng) 206
　9.1　接觸式三維坐標測量和補償原理　/ 208
　　　9.1.1　基于五維力/力矩傳感器的三維坐標測量原理　/ 208
　　　9.1.2　三維坐標測量彈性變形補償　/ 208
　　　9.1.3　三維坐標測量綜合不確定度　/ 209
　9.2　基于五維力/力矩傳感器的探測頭系統(tǒng)設計　/ 210
　　　9.2.1　集成式五維力/力矩傳感器的設計　/ 210
　　　9.2.2　仿真驅動的集成式五維力/力矩傳感器的設計　/ 211
　9.3　五維力/力矩傳感器的研制　/ 213
　9.4　五維力/力矩傳感器的標定　/ 216
　參考文獻　/ 218
第10章　仿人機器人足部多維力/力矩傳感器的設計與研究 219
　10.1　概述　/ 220
　10.2　基于Stewart的六維力/力矩傳感器概述　/ 221
　　　10.2.1　Stewart并聯(lián)機構簡介　/ 221
　　　10.2.2　基于Stewart并聯(lián)機構的六維力傳感器概述　/ 222
　10.3　仿人機器人新型足部設計及六維力/力矩消息獲取實現(xiàn)　/ 226
　　　10.3.1　仿人機器人足部概述　/ 226
　　　10.3.2　基于并聯(lián)機構的新型足部機構設計　/ 226
　　　10.3.3　運動學分析　/ 228
　　　10.3.4　剛度分析　/ 231
　　　10.3.5　足部力/力矩信息獲取　/ 233
　10.4　基于柔性并聯(lián)機構的六維力/力矩傳感器　/ 238
　　　10.4.1　新型關節(jié)設計　/ 238
　　　10.4.2　基于柔性并聯(lián)機構的六維力/力矩傳感器結構　/ 240
　參考文獻　/ 241
第11章　水下機器人腕部六維力/力矩信息獲取 243
　11.1　概述　/ 244
　11.2　水下特殊環(huán)境下的力感知關鍵技術　/ 244
　11.3　水下機器人腕部六維力/力矩傳感器設計　/ 245
　　　11.3.1　系統(tǒng)構造及檢測原理　/ 245
　　　11.3.2　傳感器靜態(tài)力學分析　/ 247
　　　11.3.3　傳感器布片及組橋　/ 252
　　　11.3.4　傳感器精度性能評價　/ 255
　11.4　水下六維力/力矩傳感器擴展： 超薄六維力/力矩傳感器　/ 257
　11.5　水下機器人腕部六維力/力矩信息獲取應用實例　/ 261
　參考文獻　/ 262

附錄　多維力傳感器解耦算法代碼 263