机器人触觉传感器设计

本书对触觉传感器和触觉显示器的设计进行阐述，内容包括触觉传感器和触觉显示器设计中的基础知识、机器人三轴触觉传感器设计、VR触觉显示器设计，以及触觉传感器和触觉显示器应用实例等。本书内容是笔者多年的研究成果，结合以往的经验，指出触觉传感器和触觉显示器的最终研究方向。

第1章 绪论 1
第2章 设计基础 5
2.1 触觉的原理及触觉传感器和触觉显示器 7
2.1.1 触觉的原理 7
2.1.2 机器人触觉传感器的功能 10
2.1.3 VR触觉显示器的功能 12
2.2 各种机器人触觉传感器 14
2.2.1 压敏导电橡胶 14
2.2.2 静电容量 16
2.2.3 磁性 17
2.2.4 压电效应 18
2.2.5 半导体 19
2.2.6 光与照片 22
2.3 各种VR触觉显示器 25
2.3.1 触觉显示器（haptic display） 25
2.3.2 点阵显示器 30
2.3.3 其他原理的触觉显示器 32
第3章 机器人三轴触觉传感器设计 35
3.1 原理 37
3.1.1 基本结构 37
3.1.2 光分布——力转换 39
3.1.3 圆柱-圆锥触头型 39
3.1.4 触头移动型 41
3.1.5 CT型 42
3.2 触头设计 43
3.2.1 接触变形解析 43
3.2.2 有限单元法的触觉传感器设计 45
3.2.3 接触面积与辉度值的积分值 49
3.3 软件设计 52
3.3.1 处理流程 52
3.3.2 OpenCV 53
3.3.3 重心计算 55
3.3.4 光流（optical flow） 56
3.4 评价装置的设计 57
3.4.1 评价项目 57
3.4.2 评价装置的机器结构 57
3.4.3 评价装置的设计实例 58
3.5 触觉传感器的设计实例 60
3.5.1 传感器结构 60
3.5.2 触头的制造方法 63
3.5.3 敏感特性 64
第4章 VR触觉显示器设计 71
4.1 原理 73
4.1.1 基本结构 73
4.1.2 产生反作用力的原理 76
4.1.3 触觉产生的原理 77
4.2 发生力的设计 78
4.2.1 直流电机 78
4.2.2 直流电机的控制方法 81
4.2.3 压电效应 82
4.2.4 双压电晶片型压电致动器 85
4.3 电路设计 87
4.3.1 PWM 87
4.3.2 压电致动器电路 89
4.3.3 压电致动器的位移可变电路 91
4.4 软件设计 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转换器 97
4.5 设计实例 98
4.5.1 搭载夹具的控制器型触觉显示器 98
4.5.2 手指呈现型触觉鼠标 101
4.5.3 手掌呈现型触觉鼠标 105
第5章 应用实例 109
5.1 机器手触觉传感器的应用实例 111
5.1.1 机器人的结构 111
5.1.2 机器人手握纸杯的倒水实验 112
5.1.3 拧瓶盖实验 114
5.1.4 两个元件的组装实验 114
5.1.5 翻纸作业 115
5.2 应用于VR触觉显示器 118
5.2.1 力觉和触觉综合呈现下的虚拟作业 118
5.2.2 形状呈现实验 120
5.2.3 虚拟纹理呈现实验 124
5.2.4 同时呈现压觉和剪力的实验 127
5.2.5 手掌呈现型触觉鼠标的性能检验实验 131
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