Conformal Tactile Sensor Array-Based Hemispherical Detector for Robotic Spatial Exploration

Weijie Liu

doi:10.1109/tase.2026.3726432

Conformal Tactile Sensor Array-Based Hemispherical Detector for Robotic Spatial Exploration

2026-08-24

0

PRE

AI

DOI：10.1109/tase.2026.3726432

原文链接

原文求助

摘要

En 中文

触觉感知在视觉传感受极端光照、遮挡和尘埃限制时，对机器人的空间探索具有关键作用。传统触觉传感器受限于其平面基底，无法贴合安装在机器人探针常用的曲面表面，因而无法准确捕获空间分布的触觉信息。本研究提出了一种基于表面展开设计的全贴合柔性触觉传感器阵列，可集成到半球形探测器上用于空间表面形貌探索。基于多面体离散化和几何驱动的展开原理，将展开几何结构转化为具有规则化传感单元和窄桥互连的层状触觉传感阵列，以实现曲面集成。该贴合式触觉传感器阵列被安装在探针上构成半球形探测器，并与机器人操作手集成，沿预定轨迹进行机器人辅助触觉探索，从而评估完整的传感-重建流程。结果表明，测试的连续自由曲面轮廓可通过测量的触觉信号和机器人运动学信息进行重建，平均重建误差为1.81 mm，最大误差低于3.50 mm。所提出的基于贴合式触觉传感器阵列的探测器展示了从曲面触觉阵列设计、分布式传感到机器人形貌重建的完整路径，为视觉受限条件下的机器人探索提供了实用的触觉感知接口。实践者注意——本研究受机器人系统在视觉传感不可靠时（如光照、尘埃或遮挡限制基于摄像头的感知）感知和探索物理环境的需要所驱动。在这种情况下，触觉传感通过物理交互提供直接获取接触和表面几何信息的方式。然而，许多现有触觉传感器在刚性或平面基底上制造，因此难以贴合安装在机器人末端执行器常用的曲面探针表面。这种几何不匹配限制了传感覆盖范围，并可能降低表面探索期间获取的触觉信息的完整性。为解决此挑战，我们开发了一种可集成到曲面载体上的贴合式柔性触觉传感阵列，以半球形探测器为例进行了演示。基于既定的表面展开原理，目标曲面被离散化为平面段，这些段作为通过窄桥连接的柔性传感单元实现。这种配置使阵列能够跟随半球形载体，同时保持分布式触觉传感和电气互连。当与机器人操作手集成时，探测器可沿预定轨迹进行触觉扫描，并通过结合触觉响应和机器人运动学信息重建连续表面轮廓。当前系统建立了一条实用的传感-重建路径，其中贴合式半球形探测器获取分布式接触信息，随后与机器人运动学结合以重建表面形貌。从工程角度看，本研究展示了一条将贴合式几何设计转化为曲面触觉传感接口的实用途径。类似的设计原理可能适用于其他曲面机器人接口，如软夹持器、假肢设备和手术探针，尽管需要针对不同几何形状和安装条件进行重新设计和校准。当前局限性包括手动层对齐、丝网印刷、高密度阵列的布线复杂性以及曲率依赖的传感特性。未来工作将聚焦于自动化制造、集成读出电子学、曲率感知校准、计算加速和自适应触觉采样。

Keyword:

Tactile sensors

spatial exploration

robotic detection

flexible electronics

tactile exploration

Conformal Tactile Sensor Array-Based Hemispherical Detector for Robotic Spatial Exploration

摘要

期刊

机构

引用论文