2017年第36卷第1期
传感器与微系统(Transducer and Microsystem Technologies）
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DOI;10.13873/J.10009787(2017)01007503
柔性仿生触觉传感器系统集成设计
鲍林军，盛鑫军，朱向阳
（上海交通大学机械系统与报动国家重点实验室，上海200240）
摘要：设计了一种轻量级的触觉传感系统，基于压敏电阻将压力信号转换为电阻变化的原理，进一步转换为电压信号进行反相滤波处理，通过低功耗蓝牙芯片CC2541读取并无线传递触觉信息。整个系统采用仿生手指结构设计，指尖覆盖与皮肤触感相近的硅胶，柔顺传递接触力。整个电路包含供电模块、电源管理模块、触觉采样处理模块和信号传递模块，集成在第二指节内。整个传感器系统集成度高，便于实际应用。
关键调：触觉传感器；系统集成：仿生设计
中图分类号：TP242.6
文献标识码：A
文章编号：1000-9787（2017)01-0075-03
Systemintegrationdesignofflexiblebionic
hapticsensor*
BAO Lin-jun, SHENG Xin-jun, ZHU Xiang-yang
(State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China)
Abstract: Design as lightweight system of a haptic sensor,based on piezoresistor, this system transfers pressure signal to resistance change, and then convert it to voltage signal for inverse filtering processing, by low power consumption Bluetooth chip CC2541 ,readout and wirelessly transmit haptice information, Bionic structure design is used in whole system,and the finger tip is covered by silica gel similar to human body which transfers preasure to piezoresistor smoothly, The circuit is implemented in the second knuckle, including power supply & regulation pue pareau Ar s aisks sosuas aapo sasren [eus pue anpo Buaoad Suides ogdeyaepom convenient to practical application.
Key words: haptic sensors; system integration; bionic design
0引言
从人的解剖学角度看，触觉神经功能系统在感觉的形成中扮演了重要角色"]。人不断从环境获取信息，根据相应信息对自身的行为做出相应的调整，再作用于周遭环境。可以说，触觉反馈是实现人与环境良好交互的重要因素。当因为某些原因人无法与环境直接接触的时候，比如虚拟环境、远程环境3]，或是无法从环境获取有效触觉信息的时候，比如残疾人操作美容假肢手[3]，重建人与环境的触觉联系显得尤为重要。
除了提供合适的人工触觉反馈方式，建立人与环境触觉交互的另外一项关键技术在于研制合适的触觉传感器。人主要通过皮肤下为数众多的机械感受器(4)来获取触觉。当皮肤发生形变的时候，四种不同的机械感受器受到刺激产生不同的基础触觉，混合后即得到复杂的触觉，包含压
收稿日期：2016-02-24
*基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（51375296）
力、振动、物体的材质形状信息等。目前柔性化是触觉传感器的重要发展方向之一["]，一方面既是解决传统刚性触觉传感器抗干扰能力差、传导力不够顺滑的需求，另一方面也是仿生学的客观要求。近年来，随着电子电路和材料科学的迅速发展，人们利用微机电系统（MEMS）(°）、聚偏二氟乙烯(PVDF)(")技术研制了多种阵列式触觉传感器，触觉敏感单元以特定的阵列形式分布，通过后期计算机辅助可以复现丰富的触觉信息。但上述的大部分触觉传感器仍处在实验室阶段，现有的触觉传感器很难满足实际需求。
本文基于智能手的功能要求，设计了轻量级的触觉传感系统，结合仿生手指的结构设计，主要用于接触压力和接触报动的测量。
1传感器系统整体结构设计
目前智能手的触觉传感主要通过在其表面贴附压电、