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浅谈国产机器人触觉传感器研发的具体劣势

2018-12-09
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摘要 精确、稳定的严苛要求,拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐。除了生产工艺,材料纯度也是从实验室到工业生产的扼咽之处。与此同时,日渐复杂的技术也让国产产品落得越来越远。

  据悉,目前国内传感器企业大多从事气体、温度等类型传感器的生产。在一个有着100多家企业的行业中,几乎没有传感器制造商进行触觉传感器的生产。


机器人触觉传感器,资料图

  工艺不过关

  原因之一便是,精确、稳定的严苛要求,拦住了我国大部分企业向触觉传感器迈进的步伐。

  东南大学教授宋爱国曾说过这样一件事,他说,他们曾委托深圳的一家企业制作阵列式触觉传感器,但因为工艺不过关,产品的一致性比较差,传感器阵列中点与点的性能无法做到一样。同样的,国内某知名机器人制造企业负责人也表示,目前国内大部分的关键零部件,都是国外进口,包括触觉传感器、减速器在内的国内产品,在稳定性、一致性方面都不太过关。

  技术不成熟

  除了生产工艺,材料纯度也是从实验室到工业生产的“扼咽之处”。导电橡胶、导电塑料、碳纳米管、石墨烯等都是可用作触觉传感器的材料。目前,国内石墨烯的生产还可以,但用石墨烯制作传感器的技术还不成熟。

  与此同时,日渐复杂的技术也让国产产品落得越来越远。比如,一片巴掌大小的日本阵列式传感器售价10万元,并能保持严格的均一、稳定性。而国内产品多为一点式的,一般100元一个。


日益复杂的技术也让国产产品落得越来越远,资料图

  据宋爱国介绍,日本阵列式传感器能在10厘米×10厘米大小的基质中分布100个敏感元件,由于衬底柔软,对不同方向力的计算以及力之间耦合干扰的消除使得敏感元件越多、相互之间的距离越短,越难做到准确地输出。日本在产业化方面较为领先,其他国家大多处于实验室阶段。

  此外,每个敏感元件的受力维度也增加了技术的复杂性,施力有六个维度(X、Y、Z轴3个方向,以及对应的力矩方向),维度之间的耦合干扰如何消除也是需要在基础研究上发力的环节。例如,著名的波士顿动力翻跟头机器人用的就是三维的触觉传感器。

  有布局,但转化难推进

  其实,我国在触觉传感器的一种——多维力传感器的研究方面,很早就进行了布局。据宋爱国介绍,1987年东南大学和中国科学院合肥机械智能研究所获得863重点专项的支持,研制六维力传感器。静态精度已经达到误差率仅为1%到2%,和世界先进水平差不多。但宋爱国坦言,动态精度还需进一步攻关,动态耦合误差在5%到10%左右,例如尚未达到有高速打磨任务的工业机器人的使用要求。

  然而,从成本上看,目前的工业机器人平均造价是12万元左右,一个六维力传感器成本就要3万余元,目前的国内工业机器人市场还不具备规模化生产这一产品的条件。相较而言,美国ATI工业自动化公司的相关产品,成本已下降到每个2到3万元。

  不可否认的是,在原创技术的追赶中,后来者必须绕过先行者的相关专利保护,除非找到明显更优解,否则很可能会因为绕过专利而提高技术达成的门槛,大多数时候,传说中的“变道超车”要靠运气。

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