Рефераты Тактильные датчики

Вернуться в Электроника

Тактильные датчики
ТАКТИЛЬНЫЕ ДАТЧИКИ Появление тактильных датчиков, предназначенных для геометрическо-го распознавания предметов окружающего пространства, обусловлено развитием робототехники. Основная тенденция в области создания так-тильных датчиков - воспроизведение осязательных свойств человече-ской кожи. Этой тенденции в наибольшей степени удовлетворяют так-тильные устройства матричного типа, так как каждая ячейка матрицы, представляющая собой микроэлектронный датчик силы (или деформа-ции, момента), дает конкретную информацию, а все вместе позволяют сформировать целостное представление о форме предмета. Конструк-торские и технологические разработки тактильных датчиков находятся на начальном этапе развития, еще не выработаны технические требова-ния и не определен перечень их характеристик. Исследователи Кливлендского университета (США) считают, что со-временный тактильный датчик для робота должен обладать такими свойствами : высокой чувствительностью, способность воспринимать давление (силу), преобразовывать его в электрические сигналы, позво-ляющие определить форму и материал предмета, т. е. распознавать об-разы; высоким пространственным разрешением, соответствующим вос-приимчивости пальцев человека (пространственное разрешение челове-ческой кожи 2 мм); достаточное для сварочных или сборочных роботов в машиностроении, а также для роботов, применяемых в микрохирургии и микроэлектронике; хорошими линейными характеристиками (допустимы лишь отклонения, компенсируемые при обработке сигнала на ЭВМ); не-значительным гистерезисом; устойчивостью к перегрузкам и тяжелым условиям работы; небольшим размерам и массой; невысокой стоимо-стью. Это может быть обеспечено при использовании в процессе разработки и производства тактильных датчиков микроэлектронной твердотельной технологии, обладающей широкими возможностями миниатюризации и формирования средств обработки сигнала на одном чипе с чувствитель-ный элемент (ЧЭ) как, например в датчике, созданном специалистами университета Карнеги-Меллон. Тактильные датчики на интегральных схемах с применением кремния, кварца и поликристаллической керамики могут обеспечить измерения в диапазоне 0.01-40 Н (т.е. динамический диапазон составляет 4000:1). Особенное распространение получили кремниевые датчики благодаря высокой плотности расположения ячеек в матрице ЧЭ, надежности, низ-кому гистерезису, выносливости и небольшой стоимости. Исследователи Стенфордского университета предложили для форми-рования ЧЭ тактильных датчиков гибкую полоску толщиной 200-400 мкм. На полиамидной подложке располагаются кремниевые кристаллы, каж-дый из которых образует интегральную схему. "Островки" кристаллов соединяются золотыми проводниками, нанесенными методом фотолито-графии. Датчики с ЧЭ из такой кремниевой ленты обеспечивают измере-ние "касания" в диапазоне 0-40 000 Па с чувствительностью 67 Па. В более узком диапазоне 5000-7000 Па чувствительность можно повысить до 13 Па. Для выполнения ЧЭ пьезорезистивных тактильных датчиков использу-ются различные материалы, например волокна углерода (графита). Пуч-ки из нескольких тысяч волокон характеризуются высокими прочностью на растяжение, электропроводностью и гибкостью. При соответствую-щем подборе размеров пучка и подложки элементы могут воспринимать давление от 1 Па да десятков мегапаскалей. Они просты в изготовлении и относительно недороги. Применяется также электропроводный эластомер на основе силиконо-вых каучуков с наполнителем (графитом, сажей, металлическим мелко-дисперсным порошком). Анизотропная электропроводность эластеров дает возможность варьировать токопроводящие пути и места располо-жения контактов между электродами. Недостатки таких ЧЭ являются восприимчивость к электрическим помехам, нелинейность, значительный гистерезис, низкая чувствительность при существенной погрешности, малое быстродействие, довольно низкий порог усталости. Применение волокон углерода и силиконовых эластомеров способст-вует миниатюризации пьезорезистивных датчиков, делает технологию их изготовления сравнимой с технологией изготовления интегральных схем
Добавить в Одноклассники    

 

Rambler's Top100