제어로봇시스템학회 1994년도 Proceedings of the Korea Automatic Control Conference, 9th (KACC) ; Taejeon, Korea; 17-20 Oct. 1994
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pp.587-592
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1994
To realize artificial device with sensing ability of the human skin, a mono-material tactile sensor with three sensing functions made of some elastic thin electro-conductive rubber sheet with eight latticed patch elements is proposed. This trial sensor provides the information of three kinds of model material characteristics such as thermal property, hardness property and the surface situation of materials by setting up three kinds of surface models as test materials. It can be finally expected to estimate unknown model materials by analyzing the data of the sensor.
A sensing element for tri-axial force measurement, unit sensor of tactile sensor, was designed and evaluated by using finite element method (ANSYS). The sensor has a maximum force range of ${\pm}10$ N in the x, y, and z direction. Optimal cell structures and piezoresistor positions were determined by the strain distribution obtained from finite element analysis. Finally three Wheatstone birdge circuits were arranged and verified by $F_x$, $F_y$, and $F_z$ loading conditions. In addition, in case of sensing element subjected to thermal loading, the outputs of three bridge circuits were also evaluated.
The robot proximity and tactile sensors can be categorized into two groups: grip sensors and safety sensors. They have different performance requirements. The safety sensor should have long proximity range and fast response in order to secure enough response time before colliding with ambient objects. As for the tactile sensing function, the safety sensor need to be fast and compliant to mitigate the impact from a collision. In order to meet these requirements, we proposed and demonstrated a compliant integrated safety sensor suitable to human-friendly robots. An ultrasonic proximity sensor and a piezoelectric tactile sensor made of PVDF films have been integrated in a compliant PDMS structure. The implemented sensor demonstrated the maximum proximity range of 35 cm. The directional tolerance for 30 cm detection range was about ${\pm}15^{\circ}$ from the normal axis. The integrated PVDF tactile sensor was able to detect various impacts of up to 20 N in a controlled experimental setup.
A readout circuit for a tactile sensor pad based on force sensing resistors was proposed, which was composed of an analog signal conditioning circuit and a digital circuit with a microcontroller. The conventional signal conditioning circuit has a dc offset voltage in the output signal, which results from the reference voltage applied to the FSR devices. The offset voltage reduces the dynamic range of the circuit and makes it difficult to operate the circuit under a low voltage power supply. In the proposed signal conditioning circuit, the dc offset voltage was removed completely. The microcontroller with A/D converter and D/A converter was used to enlarge the measurement range of pressure. For this, the microcontroller adjusts the FSR reference voltage according to the resistance magnitude of FSR under pressure. The operation of the proposed readout circuit which was connected to a tactile sensor pad with $5{\times}10$ FSR array was verified experimentally. The experimental results show the proposed readout circuit has the wider measurement range of pressure than the conventional circuit. The proposed circuit is suitable for low voltage and low power applications.
Tangible interface can be understood as a newly defined concept, which can provide an effective and seamless interaction between the human as a subjective existence and the cyberspace as an objective existence. Tactile sensation is essential for many exploration and manipulation tasks in the tangible space. In this paper, we suggest the design of an integrated tactile sensor-display system that provides both of sensing and feedback with kinesthetic force, pressure distribution, vibration and slip/stretch. A new tactile sensor with PDVF strips and display system with bimorph actuators has been developed and integrated by developed signal processing algorithm. In the scenario of haptic navigation in the tangible space, tactile feedback system is successfully experimented.
This paper presents a high-performance flexible tactile sensor based on inorganic silicon flexible electronics. We created 100 nm-thick semiconducting silicon ribbons equally distributed with 1 mm spacing and $8{\times}8$ arrays to sense the pressure distribution with high-sensitivity and repeatability. The organic silicon rubber substrate was used as a spring material to achieve both of mechanical flexibility and robustness. A thin copper layer was deposited and patterned on top of the pressure sensing layer to create a flexible temperature sensing layer. The fabricated tactile sensor was tested through a series of experiments. The results showed that the tactile sensor is capable of measuring pressure and temperature simultaneously and independently with high precision.
For realizing artificial skin sensing as a final goal, a mono-material pressure-conductive rubber sensor which is also sensitive for temperature is described. Firstly, discimination of the hardness and the thermal property of material using a proposed sensor is presented. Furthermore, a tactile sensor constints of four pressure-conductive rubber sensor to discriminate surface model which imitaties the surface roughness of material is proposed.
유비쿼터스게임을 디자인하고 개발하기 위하여 현실세계과 가상세계와의 자연스럽고 다양한 상호작용이 필요하다. 이는 물리적인측면 뿐 아니라 상황변화에 알맞은 대응 감지기술을 필요로한다. 이를 위하여 가상세계와의 유저인터페이스 모델을 정의하고 이를 구현하기 위하여 텍타일감지 시스템을 제작하였다. 텍타일 데이터는 외부환경에 민감하므로 신호처리방법을 사용하여 잡음을 제거하고 유저인터페이스를 위한 데이터 형태로 외부입력을 분석 추론하였다. 이는 일반적인 게임에서 사용하는 마우스나 키보드에 따른 입력과 전혀 다른 형태의 입력으로 유비쿼터스 환경에서의 플레이어의 상황대응에 대한 중요한 정보를 제공하여준다. 구현한 시스템을 통하여 가상공간상에 존재하는 공에 작용한 힘을 3차원적으로 분석하여 힘의 위치, 크기, 분포, 방향 등을 분석하는 방법을 제시 해보았으며 이 같은 실세계 정보 분석을 통하여 가상공간상에서 3차원적인 자연스러운 반작용이 가능하도록 하는 가능성을 보였다. 이 같은 방법들은 유비쿼터스 게임의 상호작용 개발을 위한 기초자료로 사용될 수 있다.
This paper describes three kinds of experiments and analysis of their results related to human tactile sensitivity using an integrated tactile display system. The device can provide vibration, normal pressure and lateral slip/stretch which are important physical quantities to sense texture. We have tried to find out the efficient method of stimulating, limitation of surface discrimination by kinesthetic farce feedback and the effectiveness of the combination of kinesthetic force and tactile feedback. Seven kinds of different stimulating methods were carried out and they are single or combination of the kinesthetic force, normal static pressure, vibration, active/passive shear and moving wave. Both prototype specimen and stimulus using tactile display were provided to all examinees and they were allowed to answer the most similar sample. The experimental results show that static pressure is proper stimulus for the display of micro shape of the surface and vibrating stimulus is more effective for the display of fine surface. And the sensitivities of active touch and passive touch are compared. Since kinesthetic force feedback is appropriate to display shape and stiffness of an object, but roughness display has a limitation of resolution, the concurrent providing methods of kinesthetic and tactile feedback are applied to simulate physical properties during touching an object.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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