科學技術大學工程科學學、人形機器人研究王洪波研究員課題組研制了一種名為“OriCube”的指尖大小六維力/力矩(F/T)傳感器。該傳感器體積僅14×14×12mm3、重量4g，在23N量程下實現(xiàn)3mN級分辨率，并可嵌入機器人靈巧手指尖，在曲面接觸中實時輸出接觸點位置與力矢量，為機器人“像人一樣用手指觸摸與操作”提供關鍵感知能力。成果以“A Fingertip-Size Six-Axis Force Sensor vi/WWW.SHHZY3.CN/a Origami Coil Arrays for Intrinsic Tactile Sensing”為題發(fā)表在國際期刊《IEEE/ASME 機電一體化匯刊》(IEEE/ASME/WWW.SHYB9.COM/ Transactions on Mechatronics)上。

  觸覺是實現(xiàn)靈巧操作與安全人機交互的關鍵能力。現(xiàn)有指尖觸覺方案多依賴陣列式分布傳感單元或柔性電子皮膚，雖然信息豐富，但往往面臨布線復雜、數(shù)據(jù)處理負擔重、曲面適配與耐沖擊性不足等瓶頸。研究團隊提出以嵌入式六軸F/T傳感器為核心、結合幾何模型實現(xiàn)內(nèi)生觸覺感知(Intrinsic/WWW.shsaic.net Tactile Sensing, ITS)，以更簡潔的系統(tǒng)實現(xiàn)實時接觸信息感知。

  OriCube采用折紙式三維線圈陣列(基于柔性電路板FPC一體制造并折疊成三維結構)，利用電渦流耦合效應，同時測量金屬外殼在六個自由度(平移與轉動)上的微小位移和轉角。該結構設計顯著降低了軸間串擾，同時實現(xiàn)了線圈與信號調(diào)理電路的小型化封裝集成，便于嵌入機器人指尖。在機械設計上，OriCube 使用模塊化硅膠“微彈簧”彈性體(12 個硅膠彈簧)將外部力/力矩加載轉換為殼體的位移與轉角，并允許對不同軸向剛度進行調(diào)節(jié)，可按需設計，實現(xiàn)靈敏度與量程的平衡。

  嚴格和測試結果表明，www.shyb118.com/OriCube在“指尖尺寸、低功耗、強魯棒”約束下實現(xiàn)了高性能六軸力/力矩測量：具有體積小(14×14×12mm3)、重量輕(4g)、功耗低(/WWW.shzy4.com45mW)等特點；同時具備較低的軸間串擾與較高測量精度(*誤差 <2%、*串擾約 2.24%)，并在6小時連續(xù)運行中保持較小漂移(<0.2% F.S.)。此外，該傳感器既能感知羽毛輕觸等弱接觸，也能承受錘擊帶來的沖擊脈沖，并對外界磁場擾動表現(xiàn)出良好抑制能力，可在復雜工況下為機器人提供可靠穩(wěn)定的感知信息。

  團隊將/WWW.ZGHQ5.COM/OriCube嵌入三維打印仿生指尖結構，結合ITS方法在指尖曲面上實現(xiàn)了實時觸覺感知，可同時估計接觸位置與接觸力矢量。實驗結果表明，該觸覺感知方法得到的結果與外部參考力傳感器高度一致。該工作提供了一種低成本、高魯棒性、易集成的靈巧手觸覺感知新方案，可為機器人在不確定環(huán)境下的靈巧復雜操作提供關鍵的觸覺感知信息。

  工程科學學精密機械與精密儀器系博士生徐迎澳為論文*作者。工程科學學、人形機器人研究王洪波研究員為論文通訊作者。該項研究工作得到了*自然科學基金項目(52275579)、科學引才計劃青年項目、科學技術大學高層次人才引進計劃和安徽省科技攻堅計劃項目重大項目(20242/WWW.shybdj6.net/3h08050003)以及中央高校基本業(yè)務費的支持