Дисципліна: Технічні
Тип роботи: Реферат
Тема: Тактильні датчики
Поява тактильних датчиків, призначених для геометричного розпізнавання предметів навколишнього простору, зумовлене розвитком робототехніки.
Основна тенденція в області створення тактильних датчиків - відтворення
відчутних властивостей людської шкіри. Така тенденція в найбільшою мірою задовольняють тактильні пристрої матричного типу, так як кожна клітинка матриці,
представляє собою мікроелектронних датчик сили (або деформації, моменту), дає конкретну інформацію, а все разом дозволяють сформувати цілісне уявлення про форму предмета.
Конструкторські та технологічні розробки тактильних датчиків перебувають на початковому етапі розвитку, ще не вироблені технічні вимоги та не визначений перелік їх
Дослідники Клівлендського університету (США) вважають, що сучасний тактильний датчик для робота повинен володіти такими властивостями. високою
чутливістю, здатність сприймати тиск (силу), перетворювати його в електричні сигнали, що дозволяють визначити форму і матеріал предмета, т. е. розпізнавати образи;
високим просторовим дозволом, відповідним сприйнятливості пальців людини (просторове розрізнення людської шкіри 2 мм); достатню
хорошими лінійними характеристиками
(Припустимі лише відхилення що компенсуватимуться при обробці сигналу на ЕОМ); незначним гістерезисом; стійкістю до перевантажень і важких умов роботи; невеликим розмірам і
масою; невисокою вартістю.
Це може бути забезпечено при використанні в процесі розробки і виробництва тактильних датчиків мікроелектронної твердотільної технології,
володіє широкими можливостями мініатюризації та формування коштів обробки сигналу на одному чіпі з чутливий елемент (ЧЕ) як, наприклад в датчику, створеному фахівцями
Тактильні датчики на інтегральних схемах із застосуванням кремнію, кварцу і полікристалічний кераміки можуть забезпечити вимірювання в діапазоні 0.01-40 Н (тобто
динамічний діапазон становить 4000: 1). Особливе поширення набули кремнієві датчики завдяки високій щільності розташування осередків у матриці ЧЕ, надійності, низькому
гістерезису, витривалості і невеликій вартості.
Дослідники Стенфордського університету запропонували для формування ЧЕ тактильних датчиків гнучку смужку товщиною 200-400 мкм. На поліамідної підкладці
розташовуються кремнієві кристали, кожен з яких утворює інтегральну схему. «Острівці» кристалів з'єднуються золотими провідниками, нанесеними методом фотолітографії. датчики
з ЧЕ з такою кремнієвої стрічки забезпечують вимір «торкання» в діапазоні 0-40 000 Па з чутливістю 67 Па. У більш вузькому діапазоні 5000-7000 Па чутливість можна підвищити
Для виконання ЧЕ п'єзорезистивних тактильних датчиків використовуються різні матеріали, наприклад волокна вуглецю (графіту). Пучки з декількох тисяч
волокон характеризуються високими міцністю на розтягнення, електропровідністю та гнучкістю. При відповідному підборі розмірів пучка і підкладки елементи можуть сприймати тиск
від 1 Па да десятків мегапаскалей. Вони прості у виготовленні і відносно недорогі.
Застосовується також електропровідний еластомер на основі силіконових каучуків з наповнювачем (графітом, сажею, металевим дрібнодисперсним порошком).
Анізотропна електропровідність еластеров дає можливість варіювати струмопровідні
шляхи і місця розташування контактів між електродами. Недоліки таких ЧЕ є сприйнятливість до електричних перешкод, нелінійність, значний гістерезис,
низька чутливість при істотною похибки, мале швидкодію, досить низький поріг втоми.
Застосування волокон вуглецю і силіконових еластомерів сприяє мініатюризації п'єзорезистивних датчиків, робить технологію їх виготовлення порівнянної з
технологією виготовлення інтегральних схем. Ці датчики розраховані на широкий діапазон вимірювання та допускають значні перевантаження.
Для виготовлення гумових мембран з рельєфом складної конфігурації і точним геометричним профілем були використані кремнієві ливарні формочки,
виконані методом травлення. Застосування таких фасонних мембран дозволило значно покращити точність тактильних датчиків.
П'єзорезистивного тактильні датчики з матричними чутливими елементами розробляються різними лабораторіями США (
Jet Propulsion Laboratory, Artificial Intelligence Laboratory MJT)
Laboratoire d'Automatique et d'Analyse des System).
Югославські і французькі дослідники працюють над спільним проектом створення руки робота, на якій буде змонтований датчик з ЧЕ з електропровідної
гуми, покритої тонким шаром фарби.
Barrity Wright Corp.
(США) недавно випустила два резистивних датчика з еластомерів - розміром 10х20 мм з матрицею 8х16 осередків і розміром 40х40 мм з матрицею 16х16 мм осередків.
Спільно з Токійським університетом фірмою
Yokohama Rubber Co.
(Японія) розроблений датчик з електропровідної гуми товщиною менше 1 мм. Розміри тришарового ЧЕ 4х4 або 8х8 мм. Датчик фіксує силу і місце її застосування. він
змонтований на створеному фірмою роботі, який оперує деталями масою від 30 г до декількох кілограмів.
У Варвикський університеті (США) сконструйований тактильний датчик на основі ЧЕ з вуглецевих волокон, завданих для еластичності на пласку гнучку стрічку.
Довільний перетин волокон забезпечує зміна опору в широких межах, однак закономірність цієї зміни під впливом тиску від нуля до максимуму НЕ
У Пенсільванському університеті (США) розроблений тактильний датчик з пьезорезісторамі, ізольованими від навколишнього середовища, що дозволило підвищити стабільність
датчика у часі, зменшити дрейф нуля, підвищити стійкість до електростатичних напруженням.
Матеріалом для ЧЕ п'єзоелектричних датчиків служить полімери, наприклад полівініліденфторид-2 (
володіють хорошими механічними і хімічними властивостями. Оскільки деформація цих матеріалів під дією тиску незначна, для досягнення просторового
дозволу, який можна порівняти з сприйнятливістю пальців людини, ЧЕ встановлюється на підкладку з еластичного полімеру. Він може монтуватися як на площині, так і на
поверхні складної конфігурації. Діапазон вимірювання п'єзоелектричних датчиків досить широкий при допустимих для матеріалів ЧЕ напружених стиснення 80 МПа, розтягнення 50
У Пізанського університету (Італія) створений п'єзоелектричний датчик, утворений шаром
на гнучкому шарі резистивної фарби, опір якої стабілізується при 37 С. За різницею поглинання тепла обома шарами ідентифікуються різні матеріали, з
яких виконані предмети. Лінійність датчика 1%. Слід зазначити, що введення другого шару викликає збільшення гистерезиса.
Незважаючи на небажану в багатьох випадках температурну чутливість, дослідники Пізанског.