超分辨率触觉皮肤的理论与设计

触觉反馈对于使机器人在非结构化环境中更灵巧和有效十分重要。高分辨率触觉传感器仍不普及，且其应用常受分辨率–鲁棒性困境的束缚。实现高分辨率且鲁棒皮肤的一种途径是将少量传感单元（taxels）嵌入柔性表面材料，并利用信号处理以超分辨率精度实现感知。我们提出一种几何超分辨率理论以指导此类触觉传感器的开发，并将其与用于信号处理的机器学习技术相联系。该理论基于传感器等值线，使我们能够预测作为空间量的接触位置与力幅值的力灵敏度与精度。我们利用有限元仿真与实现真实传感器，评估了不同因素（如材料弹性属性、结构设计与 transduction 方法）的影响。我们在两个定制构建的、带有用于一维与二维测量表面的气压单元的传感器中经验性地确定了传感器等值线并验证了该理论。利用机器学习方法推断接触信息，我们的传感器分别获得了超过100与1200的无与伦比的平均超分辨率因子。我们的理论可指导未来的触觉传感器设计并为各种设计选择提供参考。