于硅电容传感器的机器人Stewart机构六维力传感器
1.研究目标
机器人技术研究的一个主要目的就是使其能够代替人的劳动，能够自如地完成交给它的工作。

要达到此目的机器人就必须具备判断周围环境的感知能力，一旦机器人具有了感知功能，它便可以与周围环境进行交互，完成复杂的工作，真正实现其智能化，可以根据不同的环境、不同的处理对象等周边条件，相应调整自己的动作。

而力觉传感器便是机器人能够实现智能化的关键，其功能在于感知机器人手指、肢体、关节等在工作和运动中所承受的广义力(六维力与力矩)，借以决定自身的运动方式，或者用此广义力信息推测对象的重量等等。

本项目旨在研究基于敏感廉价的硅电容传感器作为机器人力觉传感器得核心机构以替代传压片式力觉传感器，提高传感器的精度、降低成本、减小传感器尺寸进而达到便于广泛应用的目的。

1.1提高精度
传统压片式力觉传感器由于受到金属材质的限制，使得传感器灵敏度不好，很多情况下很难达到预期目标，而采用硅电容传感器的力觉传感器由于硅电容传感器本身较为敏感，可以显著改善力觉传感器的灵敏度，达到更为准确的测量精度。

1.2降低成本
传统的机器人力觉传感器因为材料限制加工难度较大，生产工序繁琐从而生产成本较高，这是机器人力觉传感器价格较高的一个重要因素，而本课题所采用的硅电容传感器因为应用方式比较灵活，从而可以达到降低成本的目的，为力觉传感器的广泛应用打下良好的基础。

1.3减小体积
传统的机器人力觉传感器因为受到材料限制和机构限制加工难度较大，从而体积大小受到限制相对较大，而本课题所研究的硅电容传感器本身体积较小，直径不到1cm，从而很大程度上可以减小力觉传感器整体的体积，从而使力觉传感器拥有较大的应用空间。

2.研究内容
2.1 硅电容传感器的研发
为得到与机器人工作所使用的力所良好配合的量程和较小的传感器体积，采用MEMS技术专门针对此课题研发了一款体积较小，量程合适的硅电容传感器。

2.2 六维Stewart机构力觉传感器的机械结构设计
因为与原有的Stewart机构力觉传感器材料的不同，为了达到预期的目标，较好的发挥硅电容传感器的优势，就需要改变现有的Stewart机构，专门为硅电容传感器设计能最大发挥其优势的专门Stewart机构。

2.3 研究压强与力的对应关系
因为硅电容传感器所测量的是间接地压强量而不是直接的力分量，所以需要通过一系列数学公式推导及转化将两者的一一对应关系建立起来。

2.4多传感器的数据融合
因为Stewart机构的结构要求需要在力觉传感器上装上多个硅电容传感器，而能否较好的处理各个传感器所检测到的变化成了重中之重，所以对多传感器的数据融合提出了较高的要求。

2.5数据采集系统
为了能够大批量的生产力觉传感器，提高生产效率，降低生产成
本，就需要能够快速的采集信息，进行批量的标定，对数据采集能力提出了较高的要求。

3.技术路线
本项目属于试验密集型的研究，除了初期的文献与资料研究外，大部分的研究内容都是建立在大量实验的基础上的。

4.产品创新点
4.1 提出了以硅电容传感器为传感核心的力觉传感器。

创新性的提出了以硅电容传感器为核心传感器的力觉传感器，从而可以能够实现力觉传感器的高精度、低沉本和微型化。

4.2研究生产了适合力觉传感器的硅电容传感器。

为达到良好的配合效果，特意研究开发了特定量程的硅电容传感器。

5.与国内外同行业其他同类技术、产品及服务的比较
自20世纪70年代以来，机器人关节用六维力传感器成为国内外学者研究的热点课题，发明了多种六维力传感器，并开发出产品:在六维力传感器的产品中普遍具有体积大，成本高，刚度与灵敏度矛盾较大等缺点。

本项目主要针对现有六维力觉传感器的不便而提出了以硅电容为核心传感材料的六维力觉传感器，从而在很大程度上可以达到提高力觉传感器精度，降低成本，实现微型化的目标。

6.开发进度安排
7.专利情况
本项目已申请并获得发明专利一项：201110026529.7，主要内容如下：
该控制系统结构简单，操作方便，效率和精度高；该控制方法的人工示教过程、定位运动控制过程和定方向运动控制过程中，对发光标记点或操作工具末端的定位都是在视觉测量装置坐标系o w x w y w z w 之下的，因此对机器人的运动控制精度没有要求，对工具坐标系与机器人坐标系的相对位置关系没有要求，只要按照机器人的理论模型通过第一轴至第三轴转动实现直线运动，第四轴至第六轴转动实现旋转运动即可，从根本上避免了常规的离线编程示教时对机器人模型的精
度和工具坐标系标定精度的极其严格的要求，能够满足高精度复杂轨迹的操作要求。