基于磁流变弹性体技术的触觉传感作动器的设计与分析(6)

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3）推导通电螺线管空间磁场分布的精确计算公式，对螺线管磁场进行仿真，对比公式计算、仿真分析以及实验测量结果并总结在设计传感器过程中如何合理利用公式选择结构参数；

4）利用制备所得的MRE特殊性能设计触觉传感作动器模型，对其进行仿真分析和计算以验证可行性，进行实物模型的初步制作。

考虑到整个毕业设计所经历的时间不长、需要完成的工作量较大，必须合理分配工作时间，有侧重的开展工作。经讨论，材料的制备和性能测试工作量大，且是结构设计的基础，是本设计所有工作中的重中之重，因此决定分配较多时间来进行材料制备和性能测试的工作。具体的工作及时间安排如下：

1）初期准备阶段：3月1日~3月15日。阅读并翻译文献以了解研究背景和意义，购买准备实验所需材料和设备，撰写开题报告；

2）研究及分析阶段：3月16日~4月30日。制备实验所需的MRE材料，推导材料性能计算公式，设计测试系统对材料性能进行实验测量，整理分析数据；

3）设计和补充调整阶段：5月1日~5月20日。设计磁流变弹性体触觉感应及作动装置，对所设计装置进行仿真分析，修改优化结构并初步制作实物模型，撰写论文草稿；

4）收尾及成果汇报阶段：5月21日~5月28日。完成实物结构的制作，制作工作过程演示动画，修改论文并定稿，提交论文和研究成果，制作答辩演示文稿。

2 触觉技术简述

生物感受其本身，尤其是体表的机械接触或刺激时的感觉叫做触觉，是由压力与牵引力作用于生物体上的触觉感受器而引起的。总的来说，触觉就是指分布于全身皮肤上的神经细胞接受来自外界的温度、湿度、疼痛、压力、振动等方面的感觉[21]狭义的触觉，指刺激接触皮肤表面触觉感受器所引起的皮肤的感觉。广义的触觉，还包括增大压力使皮肤受压变形所引起的肤觉，也即压觉，一般统称为“触压觉”[1]。触觉一般是动物重要的定位手段，在动物对外界辨别时具有重要的作用。触觉是人体最复杂、牵扯人体器官最多的感官，由于触觉的复杂性和人们对于其的习惯性导致对触觉忽视，在人体的所有感觉器官中，触觉很少成为被探索和研究的科目。但是，触觉对于人体健康和对外界的感知却是十分重要的。以人类为例，无论是视力正常者还是盲人，决定人认知的感觉并不是视觉，而是触觉。同样，在模拟意识或是人工智能中对于外界的感知中，触觉也非常重要。因为触觉是系统区分自我和外界的重要依据。没有触觉，其它感觉再发达，系统也很难准确地、细致的区分自我与外界。因此，如何利用非生物手段对触觉进行感应和产生可识别的触觉反馈在现阶段及今后的科学发展中具有十分重要的现实意义和科研价值。

2.1 触觉传感及触觉反馈技术

在过去的几十年间，科研人员逐渐意识到触觉技术在各个领域上的重要性，并开始在触觉技术上投入大量的时间、金钱和精力进行研究。触觉传感技术是被广泛应用的触觉技术之一。所谓触觉传感技术是指利用某些敏感元件和机械结构测量传感器与被测物体之间的触觉参数。这些触觉参数广义上包括接触觉、滑觉、力觉、压觉、冷热觉等与触碰有关的感觉，狭义上指被测量对象与机械手接触面上的力的感觉[22]。触觉传感器，主要分为接触觉传感器、力或扭矩触觉传感器、压力传感器以及全方向性传感器。随着机器人技术的快速发展和对人工智能AI的进一步认识，近年来触觉技术被人们广泛关注，而触觉传感技术的研究内容也愈发丰富、成就斐然。其中人们最为关注的触觉传感器的设计和研发已经从单一的传感器研发逐步丰富为综合触觉传感、信息处理、系统控制等一系列功能的较为复杂的系统及过程的研究[23]。应用于机器人技术上的触觉传感器主要分为柔性触觉传感器，如柔性薄层触觉传感器、压力感应橡胶以及电流变流体触觉传感器；触觉传感器阵列，如TIR触觉传感器、超大规模集成计算传感器阵列；仿真皮肤等[24]。