其次是触觉技术研究的内容与方法方面存在的不足, 尤其在80 年代. 这些不足主要有对传感器技术性能要求不是从市场或从工程应用角度确定的,而是由传感器的研究和制造者确定的[ 2 ]. 存在着过多的从学术观点研究触觉的现象. 有时存在着过多的仿人类感知方式的倾向. 在多传感器系统研究中对触觉与其它感觉的互补性重视不够. 如在阵列式触觉传感器的研究中, 对用触觉来识别规则图形或形状有大量研究, 而实际表明自动化生产对形状的识别都优先选择视觉方式[ 2 ].

    2. 2. 2　原因

    产生上述不足或者说触觉技术相对落后的原因有两方面. 首先是基础的欠缺, 其次是当初对触觉传感器应用的技术与市场定位不当.

    基础欠缺主要在机理与材料上. 人们对人的触觉机理的了解显然不及视觉、听觉. 在人的感觉方式中, 视觉、听觉、嗅觉都有具体的对应器官, 触觉却没有. 人的整个身体表面都有触觉功能. 这使触觉本身很复杂, 研究难度也最大. 机器人的感觉基本上是模拟人的感觉, 所以实现机器人触觉感知在原理上存在大的困难. 与此同时受现有材料科学、制造加工技术、工艺等限制, 可供触觉研究选择的敏感材料及其性能均有限, 远远不及人的皮肤, 这使触觉传感器的性能从根本上受到限制.

    触觉传感器应用的定位最初是在80 年代根据机器人技术发展与对其在最有希望和具有最大市场的工业自动化领域的应用预测而作出的. 事实表明这个定位不适当. 80 年代以来机器人在制造业的自动化中得到广泛应用, 但触觉传感器并未象人们期盼的那样随机器人而广泛应用于生产自动化. 究其原因主要在于工业自动化的环境是结构化环境. 一方面触觉传感器还不具备通用、可靠、耐用等优良性能, 另一方面经过努力研究而使触觉传感器具有的形状识别功能在结构化环境中要么不需要, 要么不及视觉传感器[ 2, 4 ] , 因此触觉传感器缺少了主要市场的需求. 然而人们对触觉传感器应用于工业自动化的预期到90 年代前期还依然如故. 这说明这种技术与市场定位的不当是人们对事物的认识受时代局限所致. 当时人们对机器人应用于医疗、康复、农林等非传统领域也有认识和研究, 但认为机器人应用于这些领域要困难得多.

    3　研究发展的现状(The state of the art)

    随着机器人技术的发展和对智能机器人的认识, 近年来与触觉技术相关的方面都已充分为人们所关注, 触觉传感技术研究内容已非常丰富且具有成效. 即使最受关注的触觉传感器设计研制也从单纯的传感器研究发展成为对涉及触觉传感、控制、信息处理等较复杂的系统及其过程的研究.

    3. 1　目前触觉传感技术研究的主要特点和趋势

    (1) 敏感材料的实验探索　敏感材料性能是传感器性能的基础. 没有表面柔顺性和缺乏通用性、造价贵、可靠性差被认为是触觉技术难以商用化的主要原因, 缺乏柔顺性是它难以和人类皮肤相比的一个主要原因[ 11 ]. 因此选择合适材料研制传感器倍受关注. 过去最常用而现在用得最广的柔性材料是压电材料, 如PVDF 聚合物[ 2, 4 ]. 但对其它材料的研究也很多. 罗志增等用各向异性压阻材料CSA 研究了一种高分辨力柔性阵列触觉传感器[ 12 ]. 李铁军等采用由柔性硅橡胶与导电橡胶制成的整体薄膜作表皮, 在皮下结合充满电流变流体的绝缘体泡沫结构研制了新型电流变流体柔顺触觉传感器[ 13 ]. 日本佐贺大学用柔软、韧性好的压感导电橡胶研制了检测温度、硬度、热传导性的触觉传感系统[ 14 ].

    (2) 充分利用新制造工艺技术　随着科技的发展进步, 制造技术与工艺有了提高创新. 对触觉传感技术的研究也正充分利用新技术. 梅涛、戈瑜等利用半导体微机械加工与集成技术研制了可定量检测三维接触力的多功能阵列式触觉传感器[ 15 ]. 日本利用表面微加工技术研制了平面盘绕式线圈, 通过多功能复用这种单一结构的触觉传感器可识别材质[ 16 ].J. Dargah i 等利用硅条和PVDF 膜构成的夹层构造研制了一种用于腹腔镜外科的微加工压电触觉传感器[ 17 ]. B. L. Gray 等用表面微机械加工技术研究了具有高分辨力的微触觉传感器阵列[ 18 ].

    (3) 多功能化　目前触觉传感器的多功能化(含多功能复用) [ 19 ]主要有以下实现方式. 几种不同敏感元件组合或集成: 这种集成或组合传感器可具有接触觉、压觉、滑觉、热觉、力觉等功能. 如文献[ 8 ]介绍的复合传感器. 利用同一敏感元件在不同激励下的不同响应: J. Yu ji 等利用一种具有热敏功能的压感导电合成橡胶研制了可输出两种信号的多功能触觉传感器, 通过有选择的信号处理可获得接触力、温度变化、接触状态信息[ 20 ]. 利用同一敏感元件的不同效应: 文献[ 16 ]介绍的触觉传感器的多功能是利用平面盘绕线圈具有的电感、电容、温度特性构成的. 利用敏感材料的微阵列结构具有的力学特性: 文献[ 15 ]中的多维力阵列式触觉传感器就是通过分布于微阵列结构不同位置上的电阻受力后变化不同来获取三维接触力信息的.

    (4) 传感器数据处理和融合　数据处理包括处理传感器数据的方法和算法. 目前有许多将神经网络、模糊逻辑、基于模型的方法等应用于触觉数据处理的研究. 目前关键问题是多信息融合. 例如Yam ada 等用基于模型的方法对视觉和触觉数据作了融合研究[ 21 ] , 他们把触觉数据用于对一个粗略参数模型的精细处理. 罗志增等用两种多信息融合法研究了由热觉与力觉信息融合实现目标样本分类[ 22, 23 ].

    (5) 虚拟触觉传感器的研究　虚拟现实技术为机器人感知系统提供了新的研究平台, 人们开始利用虚拟现实系统平台研究动态拟实操作过程的物理模型, 以便了解对刚体和变形体操作的动态特性. 为研究基于传感信息的机器人柔性操作和精密操作,赵春霞等根据触觉传感原理对虚拟触觉传感器模型及其实现作了研究[ 24 ].

    3. 2　面临的主要困难

    经过三十多年尤其是近十年的发展, 触觉传感技术已开始成熟, 但还面临诸多困难, 主要如下.

    (1)机理上还存在障碍. 尽管人们对人的触觉感知及皮肤的特性有了更深的了解, 但人的触觉不是一个通过皮肤将物理特性转换为电信号的简单过程, 而是综合复杂过程, 因此难以模仿.

    (2) 受敏感材料限制.人们一直在探索用于触觉的合适材料, 但敏感材料与其性能不是主要由触觉研究解决的问题, 基本上有赖于材料科学本身.

    (3) 在原理上几乎没有新发现, 目前传感原理主要还是人们所熟知的那些.

    (4)相对而言可供选用的基础条件如制造、工艺等还有限.

    (5) 虚拟传感器研究中模型有效与准确性还难以保证, 例如软组织这种变形体, 即便在实验条件下其