機(jī)器人觸覺傳感器設(shè)計(jì)

目錄
第1章　緒論　1
第2章　設(shè)計(jì)基礎(chǔ)　5
2.1　觸覺的原理及觸覺傳感器和觸覺顯示器　7
2.1.1　觸覺的原理　7
2.1.2　機(jī)器人觸覺傳感器的功能　10
2.1.3　VR觸覺顯示器的功能　12
2.2　各種機(jī)器人觸覺傳感器　14
2.2.1　壓敏導(dǎo)電橡膠　14
2.2.2　靜電容量　16
2.2.3　磁性　17
2.2.4　壓電效應(yīng)　18
2.2.5　半導(dǎo)體　19
2.2.6　光與照片　22
2.3　各種VR觸覺顯示器　25
2.3.1　觸覺顯示器（haptic display）　25
2.3.2　點(diǎn)陣顯示器　30
2.3.3　其他原理的觸覺顯示器　32
第3章　機(jī)器人三軸觸覺傳感器設(shè)計(jì)　35
3.1　原理　37
3.1.1　基本結(jié)構(gòu)　37
3.1.2　光分布——力轉(zhuǎn)換　39
3.1.3　圓柱-圓錐觸頭型　39
3.1.4　觸頭移動(dòng)型　41
3.1.5　CT型　42
3.2　觸頭設(shè)計(jì)　43
3.2.1　接觸變形解析　43
3.2.2　有限單元法的觸覺傳感器設(shè)計(jì)　45
3.2.3　接觸面積與輝度值的積分值　49
3.3　軟件設(shè)計(jì)　52
3.3.1　處理流程　52
3.3.2　OpenCV　53
3.3.3　重心計(jì)算　55
3.3.4　光流（optical flow）　56
3.4　評價(jià)裝置的設(shè)計(jì)　57
3.4.1　評價(jià)項(xiàng)目　57
3.4.2　評價(jià)裝置的機(jī)器結(jié)構(gòu)　57
3.4.3　評價(jià)裝置的設(shè)計(jì)實(shí)例　58
3.5　觸覺傳感器的設(shè)計(jì)實(shí)例　60
3.5.1　傳感器結(jié)構(gòu)　60
3.5.2　觸頭的制造方法　63
3.5.3　敏感特性　64
第4章　VR觸覺顯示器設(shè)計(jì)　71
4.1　原理　73
4.1.1　基本結(jié)構(gòu)　73
4.1.2　產(chǎn)生反作用力的原理　76
4.1.3　觸覺產(chǎn)生的原理　77
4.2　發(fā)生力的設(shè)計(jì)　78
4.2.1　直流電機(jī)　78
4.2.2　直流電機(jī)的控制方法　81
4.2.3　壓電效應(yīng)　82
4.2.4　雙壓電晶片型壓電致動(dòng)器　85
4.3　電路設(shè)計(jì)　87
4.3.1　PWM　87
4.3.2　壓電致動(dòng)器電路　89
4.3.3　壓電致動(dòng)器的位移可變電路　91
4.4　軟件設(shè)計(jì)　92
4.4.1　程序流程　92
4.4.2　DIO　94
4.4.3　移位寄存器　96
4.4.4　D/A轉(zhuǎn)換器　97
4.5　設(shè)計(jì)實(shí)例　98
4.5.1　搭載夾具的控制器型觸覺顯示器　98
4.5.2　手指呈現(xiàn)型觸覺鼠標(biāo)　101
4.5.3　手掌呈現(xiàn)型觸覺鼠標(biāo)　105
第5章　應(yīng)用實(shí)例　109
5.1　機(jī)器手觸覺傳感器的應(yīng)用實(shí)例　111
5.1.1　機(jī)器人的結(jié)構(gòu)　111
5.1.2　機(jī)器人手握紙杯的倒水實(shí)驗(yàn)　112
5.1.3　擰瓶蓋實(shí)驗(yàn)　114
5.1.4　兩個(gè)元件的組裝實(shí)驗(yàn)　114
5.1.5　翻紙作業(yè)　115
5.2　應(yīng)用于VR觸覺顯示器　118
5.2.1　力覺和觸覺綜合呈現(xiàn)下的虛擬作業(yè)　118
5.2.2　形狀呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)　120
5.2.3　虛擬紋理呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)　124
5.2.4　同時(shí)呈現(xiàn)壓覺和剪力的實(shí)驗(yàn)　127
5.2.5　手掌呈現(xiàn)型觸覺鼠標(biāo)的性能檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)　131
5.3　觸覺和力覺的錯(cuò)覺應(yīng)用實(shí)例　134
5.3.1　錯(cuò)觸　134
5.3.2　運(yùn)動(dòng)錯(cuò)覺　136
5.3.3　假性力觸覺　138
5.3.4　天鵝絨錯(cuò)觸與光滑呈現(xiàn)　141
5.4　未來應(yīng)用拓展　142
5.4.1　informotion　142
5.4.2　情緒控制　145
5.4.3　觸覺的格式塔（Gestalt）　146
5.4.4　人和機(jī)器人的觸覺融合　148
參考文獻(xiàn)　151
跋　157