Мульти

Промышленные роботы более доступны, чем когда-либо, для точной сборки и высокоскоростной комплектации/упаковки. Благодаря усовершенствованию таких возможностей, как зрение, каждое новое поколение обеспечивает больше человеческой ловкости и гибкости. Надежное и экономически эффективное чувство осязания теперь позволяет им обращаться с хрупкими предметами, выполнять еще более широкий спектр задач и более безопасно взаимодействовать с людьми.

Было исследовано несколько методов внедрения тактильного восприятия для роботов. К ним относятся датчики жидкого металла, которые измеряют сопротивление жидкого металла, текущего в микрофлюидных каналах, которое модулируется внешними силами. Хотя этот тип датчика можно разместить по всей поверхности кончиков пальцев робота, он не измеряет локализованную трехмерную силу. Вместо этого распределенные силы отображаются на изменение сопротивления. Группа таких датчиков может обнаружить закономерность. Следовательно, этот метод в основном используется в специализированных задачах классификации после специального обучения.

Другой подход использует высокотехнологичную оптическую камеру для измерения деформации эластомерного материала, встроенного в поверхности захвата или покрывающего их. Эта технология коммерчески доступна и уже используется в интеллектуальных мультимодальных роботизированных захватах. Однако камере требуется значительный массив пикселей, а передача данных со скоростью видео для анализа требует значительной пропускной способности и мощности связи.

Другое оптическое решение решает некоторые из этих проблем за счет использования квадранта фотодиодных детекторов вместо полной камеры. Свет проникает в упругий купол изнутри, и детекторы фиксируют деформацию купола из-за контактных сил. Однако потребляемая мощность в несколько раз выше, чем у типичных 3D-магнитометров, что может стать еще более простой и эффективной альтернативой.

В таких магнитных датчиках магнит встроен в эластомерный материал, аналогичный тому, который используется в системе на основе камеры. Магнитометр, установленный сзади, обеспечивает трехмерное измерение силы путем измерения изменения магнитного поля, вызванного смещением магнита при деформации эластомера. Несколько таких датчиков были продемонстрированы с использованием магнитометра с одним выходом, который можно представить как тактильный пиксель или «таксель». Исследователи создали различные конфигурации: от простых однопиксельных матриц и матриц 2×2 до сплошной магнитной оболочки площадью 15 мм², состоящей из магнитных микрочастиц. Однопиксельные датчики магнитной силы, подобные этим, достигли разрешения менее 1 мм за счет сочетания датчика с синусоидальной намагниченностью гибкой пленки и методов глубокого обучения.

В упомянутых здесь магнитных датчиках использовался однопиксельный магнитометр Melexis MLX90393. Хотя преимущества магнитного зондирования включают относительно низкое энергопотребление и минимальные затраты на вычисления и связь, однопиксельное зондирование уязвимо к помехам со стороны внешних магнитных полей. Выходные данные магнитометра могут быть искажены из-за посторонних эффектов поблизости, таких как включение электродвигателя, присутствие других магнитов или изменения магнитного поля Земли.

Датчик магнитной силы с несколькими соседними пикселями внутри одного корпуса интегральной схемы (ИС) (рис. 1) может обеспечить устойчивость к полям рассеяния, позволяя проводить дифференциальные измерения. В этой статье описывается, как был создан и протестирован градиентометрический многопиксельный магнитный датчик Tactaxis.

Датчик линейного перемещения Melexis MLX90372 представляет собой удобную платформу для демонстрации принципа градиентометрического измерения. Этот датчик обычно выдает угловое смещение по дуге. Однако настройка устройства в тестовом режиме обеспечивает прямой доступ к необработанным магнитным показаниям отдельных пикселей из памяти. Датчик размещен в стандартном корпусе TSSOP размером 5 × 4,3 × 0,9 мм и содержит два расположенных рядом CMOS-матрицы, по два пикселя на кристалл. Таким образом, этот единый компактный компонент содержит четыре магнитных пикселя, расположенных на расстоянии около 2 мм друг от друга, что позволяет измерять градиент магнитного поля. Каждый пиксель воспринимает нормальную составляющую поля Bz и плоскостную составляющую Bx.