机器人力触觉感知技术

第1章　绪论 1
　1.1　概述　/ 2
　1.2　智能机器人感知技术的发展　/ 4
　1.3　智能机器人信息获取概述　/ 7
　参考文献　/ 8
第2章　智能机器人感知系统 10
　2.1　概述　/ 11
　2.2　智能机器人多维力/力矩信息感知获取　/ 15
　　　2.2.1　智能机器人多维力/力矩传感器研究现状　/ 15
　　　2.2.2　智能机器人多维力/力矩传感器的分类　/ 19
　　　2.2.3　电阻式多维力/力矩传感器检测原理　/ 19
　　　2.2.4　智能机器人多维力/力矩传感器的发展　/ 20
　2.3　智能机器人触觉感知技术　/ 23
　　　2.3.1　压电式触觉传感器　/ 23
　　　2.3.2　压阻式触觉传感器　/ 25
　　　2.3.3　电容式触觉传感器　/ 26
　　　2.3.4　其他触觉传感器　/ 28
　　　2.3.5　触觉传感器的应用　/ 30
　　　2.3.6　触觉传感器的发展趋势　/ 33
　　　2.3.7　存在问题　/ 40
　参考文献　/ 40
第3章　力敏导电橡胶的理论基础 44
　3.1　概述　/ 45
　3.2　导电橡胶的导电性　/ 46
　　　3.2.1　基础理论　/ 46
　　　3.2.2　导电机理　/ 47
　3.3　导电橡胶的力敏特性　/ 49
　　　3.3.1　压敏特性　/ 50
　　　3.3.2　外力-电阻计算模型　/ 51
　3.4　力敏导电橡胶的应用　/ 56
　　　3.4.1　力敏导电橡胶的特色应用　/ 56
　　　3.4.2　力敏导电橡胶在触觉传感器中的应用　/ 57
　参考文献　/ 60
第4章　柔性三维触觉传感器的结构研究 62
　4.1　概述　/ 63
　4.2　整体三层式结构　/ 65
　　　4.2.1　阵列结构及力学模型　/ 65
　　　4.2.2　局限性分析　/ 68
　4.3　整体两层式结构　/ 69
　　　4.3.1　阵列结构及力学模型　/ 69
　　　4.3.2　局限性分析　/ 74
　4.4　改进型两层式结构　/ 74
　　　4.4.1　阵列结构及力学模型　/ 74
　　　4.4.2　仿真实验　/ 80
　　　4.4.3　局限性分析　/ 82
　参考文献　/ 83
第5章　整体两层网状式结构的柔性三维触觉传感器研究 84
　5.1　概述　/ 85
　5.2　整体两层对称式网状结构的传感器研究　/ 85
　　　5.2.1　阵列结构　/ 85
　　　5.2.2　行列扫描电路　/ 87
　　　5.2.3　传感器的解耦　/ 89
　5.3　整体两层非对称式网状结构的传感器研究　/ 100
　　　5.3.1　阵列结构　/ 100
　　　5.3.2　单点受力模型　/ 101
　　　5.3.3　多点受力模型　/ 103
　　　5.3.4　解耦实验　/ 105
　5.4　基于隧道效应模型的传感器研究　/ 116
　　　5.4.1　敏感单元的制作流程　/ 118
　　　5.4.2　受力分析　/ 120
　　　5.4.3　解耦方法探讨　/ 124
　参考文献　/ 125
第6章　柔性三维触觉传感器的标定研究 126
　6.1　概述　/ 127
　6.2　标定平台的设计　/ 128
　6.3　标定实验　/ 130
　6.4　基于BP神经网络的柔性三维触觉传感器标定　/ 134
　　　6.4.1　BP神经网络　/ 134
　　　6.4.2　利用BP神经网络实现传感器标定　/ 136
　参考文献　/ 143
第7章　机器人力觉信息获取的研究 144
　7.1　电阻式多维力/力矩传感器检测原理　/ 145
　7.2　电容式多维力/力矩传感器检测原理　/ 149
　7.3　压电式多维力/力矩传感器检测原理　/ 151
　7.4　光纤光栅式多维力/力矩传感器检测原理　/ 155
　7.5　力觉传感器性能评价指标　/ 156
　7.6　机器人微型指尖少维力/力矩信息获取的研究　/ 157
　　　7.6.1　四维指尖力/力矩传感器结构　/ 157
　　　7.6.2　五维力/力矩传感器结构　/ 160
　　　7.6.3　静、动力学仿真及分析　/ 162
　　　7.6.4　应变片布片及组桥　/ 173
　　　7.6.5　标定及校准实验设计与维间解耦　/ 177
　　　7.6.6　传感器精度性能评价　/ 179
　　　7.6.7　机器人微型四维指尖力/力矩信息获取实例　/ 181
　参考文献　/ 184
第8章　机器人多维力/力矩传感器解耦方法的研究 185
　8.1　静态线性解耦　/ 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　静态非线性解耦　/ 188
　　　8.2.1　基于BP神经网络的多维力/力矩传感器解耦　/ 188
　　　8.2.2　基于支持向量机SVR的多维力/力矩传感器解耦　/ 189
　　　8.2.3　基于极限学习机的多维力/力矩传感器解耦　/ 192
　　　8.2.4　稀疏电压耦合贡献的极限学习机解耦（MIVSV-ELM） 　/ 195
　8.3　实验　/ 197
　　　8.3.1　标定实验　/ 197
　　　8.3.2　解耦实验　/ 199
　　　8.3.3　BP、SVR 及ELM三种非线性解耦算法的对比分析　/ 204
　参考文献　/ 205
第9章　基于力觉感知的三维坐标测量系统 206
　9.1　接触式三维坐标测量和补偿原理　/ 208
　　　9.1.1　基于五维力/力矩传感器的三维坐标测量原理　/ 208
　　　9.1.2　三维坐标测量弹性变形补偿　/ 208
　　　9.1.3　三维坐标测量综合不确定度　/ 209
　9.2　基于五维力/力矩传感器的探测头系统设计　/ 210
　　　9.2.1　集成式五维力/力矩传感器的设计　/ 210
　　　9.2.2　仿真驱动的集成式五维力/力矩传感器的设计　/ 211
　9.3　五维力/力矩传感器的研制　/ 213
　9.4　五维力/力矩传感器的标定　/ 216
　参考文献　/ 218
第10章　仿人机器人足部多维力/力矩传感器的设计与研究 219
　10.1　概述　/ 220
　10.2　基于Stewart的六维力/力矩传感器概述　/ 221
　　　10.2.1　Stewart并联机构简介　/ 221
　　　10.2.2　基于Stewart并联机构的六维力传感器概述　/ 222
　10.3　仿人机器人新型足部设计及六维力/力矩消息获取实现　/ 226
　　　10.3.1　仿人机器人足部概述　/ 226
　　　10.3.2　基于并联机构的新型足部机构设计　/ 226
　　　10.3.3　运动学分析　/ 228
　　　10.3.4　刚度分析　/ 231
　　　10.3.5　足部力/力矩信息获取　/ 233
　10.4　基于柔性并联机构的六维力/力矩传感器　/ 238
　　　10.4.1　新型关节设计　/ 238
　　　10.4.2　基于柔性并联机构的六维力/力矩传感器结构　/ 240
　参考文献　/ 241
第11章　水下机器人腕部六维力/力矩信息获取 243
　11.1　概述　/ 244
　11.2　水下特殊环境下的力感知关键技术　/ 244
　11.3　水下机器人腕部六维力/力矩传感器设计　/ 245
　　　11.3.1　系统构造及检测原理　/ 245
　　　11.3.2　传感器静态力学分析　/ 247
　　　11.3.3　传感器布片及组桥　/ 252
　　　11.3.4　传感器精度性能评价　/ 255
　11.4　水下六维力/力矩传感器扩展： 超薄六维力/力矩传感器　/ 257
　11.5　水下机器人腕部六维力/力矩信息获取应用实例　/ 261
　参考文献　/ 262

附录　多维力传感器解耦算法代码 263