机器人与触觉传感技术的碰撞，一文初探人类与机器人的触觉传感(5)

图 4. 机器人触觉传感系统的层次功能（左）和结构（右）框图 [2]
2.1 传感层（Sensing）
传感层是整个触觉传感系统中最底层的处理结构，根据传感过程对应的身体部位，主要划分为以下三类：
单点接触式传感器（类似于单触觉细胞）：这种传感器用于确认物体与传感器的接触，并检测接触点处的力或振动。根据传感方式，单点接触传感器可分为：1）用于测量接触力的力传感器；2）用于测量接触过程中振动的仿生晶须，也称为动态触觉传感器；
高空间分辨率触觉阵列（类似于人类的指尖）：这种类型的触觉传感器是目前触觉传感研究中采用最多的传感器，例如基于光纤的触觉传感元件的触觉阵列、基于 MEMS 气压计的触觉阵列传感器和基于嵌入式相机的指尖传感器等；
大面积触觉传感器（类似于人类手臂、背部和其他身体部位的皮肤）：与指尖触觉传感器不同，这种类型的传感器并不需要强调高空间分辨率的特性。对它们来说，更重要的是足够灵活，以及可以连接到机器人弯曲的身体部位。
2.2 感知层（Perception）
触觉感知（Perception）是指通过解释和表达触觉信息来观察物体特性的过程，也是机器人触觉传感中重点关注的研究内容。由图 2 可知，感知位于传感层之上，为控制层提供有用的、面向任务的信息。与触觉传感器的快速发展相比，对触觉传感器产生信息的理解（触觉感知）发展尚不成熟。目前针对触觉感知的研究主要包括物体识别、形状识别、姿态识别、感知融合等。
[物体识别]
物体表面的材料特性是机器人与周围环境进行有效交互所需要的最重要的信息之一。视觉（Vision）一直是识别物体材料最常用的方法。然而，光凭视觉只能识别出一种已知的表面材料，而不能估计其物理参数。在这方面，必须引入触觉来判断材料特性。辅助触觉物体识别的信息包括物体的表面纹理（Surface texture）、物体刚度（Object stiffness）等。