•国内外研究概况
美、日、德等发达国家都开展了用于空间 的多传感器手爪的研究工作，其中具有代 表性的是德国宇航中心研制的舱外机器人 ROTEX和日本的ETS-Ⅶ上的多传感器手爪。 在国内方面，中国科学院合肥智能机械研 究所、哈尔滨工业大学以及北京航空航天 大学等多家研究机构都进行了多传感器机 器人手爪的研究。
•德国宇航中心的ROTEX多传感器手爪
❖ 1993年美国哥伦比亚号航天飞机成功地 搭载了德国DLR研制的基于多传感器的小 型空间机器人系统ROTEX。
❖ ROTEX系统配有一个多传感器智能手爪， 手爪上安装了六维腕力传感器、距离觉、 触觉等多种传感器，并配有一对微型摄 像机作为视觉系统。
ROTEX多传感器手爪的ORU实验
A B
T
3.9 多传感器手爪
❖ 目前，开发和利用太空已成为各国高科技和军事发展的 焦点 ，而空间机器人在人类的太空活动中发挥了重要 的作用。
❖ 空间机器人的重要要求就是自身的灵活性和局部自主能 力，而多传感器手爪是提供这些能力的关键部件。
目前，多传感器机器人 手爪已成为国际上研究 的一个热点，研究的问 题主要围绕新型的传感 器和执行器、手爪结构、 传感器集成和信息融合 和控制方法。
ROTEX多传感器手爪
❖ (2)2个面积为32×16平 方毫米,4×8个感应单元 的二进制触觉陈列传感 器。
❖ (3)1个基于应变片测量 的刚性六自由度力/力矩 传感器。
❖ (4)1个基于光电原理柔 性六自由度力/力矩传感 器。
❖ (5)1个微型CCD摄像机。
ROTEX多传感器手爪的控制系统框图
❖ (3)一对夹持力传感器, 通过握力反馈控制执行 3指抓取目标物体。
ARH多传感器手爪
❖ (4)一个六自由度力/力 矩传感器,安装在微型 机器人手臂的腕部,主 要用于微型手臂的力控 制,也用于基于任务知 识库通过模型匹配技术 监视空间任务的执行情 况。
❖ (5)一个柔顺力/力矩传 感器,该传感器比六自 由度力/力矩传感器更 敏感,监视微细作业的 执行。
•空间机器人多传感手爪的特点
❖ 在太空中，手爪必须可靠地抓取和作业,这就 要求机械结构一定要可靠。机器人多指灵巧手 因为缺乏机械的可靠性和实用性,并且存在着 抓取不稳固和控制复杂性的问题，目前并未用 于太空作业中。
❖ 空间机器人为了能够在存在着不确定性的环境 下进行灵巧的操作,其手爪必须具有较强的感 知能力。
SRMS空间机械臂
1975年，加拿大SPAR公司与美国宇航局（NASA） 签署了研制遥控机械臂SRMS（Shuttle Remote Manipulator System，SRMS），后来 以加拿大臂著称。1984年，SRMS正式被用于 协助宇航员进行舱外活动，标志着空间机器 人进入使用阶段。
SRMS空间机械臂
3.8 热敏效应与温度检测
❖ 3.8.1 热电阻 Rt = R0[1+(t-t0)]
❖感温电阻选材原则： 1、电阻温度系数较高，提高灵敏度； 2、在测温范围内化学、物理性能稳定，保证精度； 3、具有良好的输出特性，接近线性关系； 4、具有较高的电阻率，以减小体积； 5、具有良好的可加工性，且价格便宜。
日本技术实验卫星ETS-Ⅶ上的 多传感器手爪
1997年，日本宇宙开发事业团（NASDA〕发射了一颗 用于空间交会对接及空间机器人技术研究的实验卫 星ETS－VII,星上搭载一大一小两个机器人手臂。大 机械臂（ERA）具有六个自由度，长约2.4米，由 NASADA研制。小机械手（ARH）由日本通商产业省 （MITI）研制，长约0.5米，用于精密操作。
ARH在实验卫星ETS－VII上的空间实验
ARH多传感器手爪
❖ 该手爪共配置五种传感 器,具体如下:
❖ (1)三个接近觉测距传 感器,安装在手爪外壳 上,主要用于接近工作 台控制,也用于始终面 对工作台的姿态控制。
❖ (2)一个CCD眼在手上 (Eye-in-Hand)摄像机, 主要用于目标物体的测 定、微细定位及监视。
❖ 硅热电阻的温度特性 500
0 －50 0
50 100 150 200 温度 / C
3.8.4 热电偶
•热电效应（1823年赛贝克发现） 总电势 EAB (T, T0) = TT0 TABdT = EAB (T) – EAB (T0) 其中 TAB为热电势率，与热材料和两接点温度有关。
T0 T0 EAB (T, T0)
❖常用感温材料： 铂、铜、铁、镍、铟、锰、碳
❖ 3.8.2 热敏电阻
金属氧化物＋添加剂＋陶瓷工艺
电阻温度系数 T = （1/RT）×(dRT/dT)×100% 正温度系数热敏电阻（PTC）: BaTiO3+稀土元素
负温度系数热敏电阻（NTC）：混合过渡金属氧化物
临界温度系数热敏电阻（CTC）：V2O3+Ge、Ni、W、Mn
在轨道上， ROTEX进行了构架 机构的装配、插拔 轨道可更换单元 （ORU，Orbit Replacement Unit） 和捕获漂浮物体等 多个实验。
ROTEX多传感器手爪
❖ 手爪上安装有多种传 感器,其上的传感器 配置如下:
❖ (1)9个激光测距传感 器,其中一个中距离 扫描测距传感器,其 测距范围为3～35mm, 其余8个短距离测距 传感器的测距范围为 0～30mm,它们均匀地 安装在2个手指指尖 部位。
NTC热敏电阻、PTC热敏电阻和 CTR热敏电阻的典型电阻-温度特性曲线
3.8.3 半导体热敏电阻
❖ 半导体电阻率
3000 电 阻
❖ ＝ 1/（nqn+pqp） 2500 值
❖ n为电子浓度；
❖ p为空穴浓度；
2000
❖ n为电子迁移率； ❖ p为空穴迁移率；
1500
❖ q为电子的电量。
1000
ARH多传感器手爪测量和控制的基本策略
❖ (1)机器人用接近距离传感器,或手眼摄像机,或者这两 种传感器,来搜索目标物体。
❖ (2)用非接触传感器来确定物体的精确位置或大小。例 如,用接近觉传感器来测量到任务板的距离,当三只传 感器的距离值相等时,就可以获得垂直于任务面板的本 地坐标系。接着利用手眼摄像机所获得的任务面板上 标志的图像,机器人就可以设定本地坐标系,并把它作 为手臂相对导航的精密参考点。通过对手眼摄像机所 获得的图像进行处理,机器人还可以分辨目标的大小。