我们提出了一种使用嵌入式麦克风和扬声器来测量不同执行器特性的软气动执行器的感应方法。执行器的物理状态确定声音通过结构传播时的特定调制。使用简单的机器学习，我们创建了一个计算传感器，该传感器从声音录音中渗透相应的状态。我们在软气动连续执行器上演示了声传感器，并使用它来测量接触位置，接触力，对象材料，执行器通胀和执行器温度。我们表明该传感器是可靠的（六个接触位置的平均分类速率为93％），精确（平均空间精度为3.7毫米），并且可抵抗常见的干扰（如背景噪声）。最后，我们比较了不同的声音和学习方法，并以20毫秒的白噪声和支持向量分类器作为传感器模型获得最佳结果。
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我们使用嵌入式音频组件为软气动执行器创建虚拟2D触觉阵列。我们检测到声音调制的特定接触特定变化以推断触觉信息。我们评估不同的声音表示和学习方法，甚至可以检测到较小的接触变化。我们以pneflex执行器的示例演示了声学触觉传感器阵列，并使用盲文显示器单独控制29x4销与执行器的90x10 mm棕榈表面的接触。评估空间分辨率，声传感器以X和Y方向将边缘定位在X和Y方向上，其根平方回归误差分别为1.67 mm和0.0 mm。甚至具有高度精度测量的单个盲文销的光接触。最后，我们通过成功阅读单个显示单元格的26个字母来证明传感器对复杂接触形状的敏感性，分类速率为88％。
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软机器人是一个新兴领域，对需要与环境或人类的安全性和强大的互动的任务产生了有希望的结果，例如抓握，操纵和人机互动。软机器依赖于本质上兼容的部件，并且难以配备传统的刚性传感器，这些传统传感器会干扰其合规性。我们提出了一种高度灵活的触觉传感器，在低成本且易于制造，同时独立于14个出租车测量接触压力。传感器由压阻织物构成，用于高度敏感，连续的响应，以及来自定制设计的柔性印刷电路板，提供高的Taxel密度。从这些TaxLes，可以推断出与传感器的接触位置和强度。在本文中，我们解释了所提出的传感器的设计和制造，表征其输入输出关系，在装备到软机器人RBO手2的硅树脂基气动执行器时，评估其对遵守的影响，并证明传感器提供基于学习的携手对象识别的丰富和有用的反馈。
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视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。
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人类的物体感知能力令人印象深刻，当试图开发具有类似机器人的解决方案时，这变得更加明显。从人类如何将视觉和触觉用于对象感知和相关任务的灵感中，本文总结了机器人应用的多模式对象感知的当前状态。它涵盖了生物学灵感，传感器技术，数据集以及用于对象识别和掌握的感觉数据处理的各个方面。首先，概述了多模式对象感知的生物学基础。然后讨论了传感技术和数据收集策略。接下来，介绍了主要计算方面的介绍，突出显示了每个主要应用领域的一些代表性文章，包括对象识别，传输学习以及对象操纵和掌握。最后，在每个领域的当前进步中，本文概述了有希望的新研究指示。
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彼此接触的任何两个物体都会仅仅是由于重力或机械接触而引起的力，例如机器人手臂抓住一个物体，甚至是我们膝关节处的两个骨头之间的接触。自然测量和监视这些接触力的能力允许从仓库管理（基于重量检测错误包装）到机器人技术（使机器人臂的抓地力与人类皮肤一样敏感）和医疗保健（膝关节植入物）的大量应用。设计一个无处不在的力传感器是充满挑战的，该传感器可自然地用于所有这些应用。首先，传感器应足够小，以适合狭窄的空间。接下来，我们不想铺设笨重的电缆来读取传感器的力值。最后，我们需要进行无电池设计以满足体内应用程序。我们开发了WiforCesticker，这是一种无线，无电池，类似贴纸的力传感器，可以在任何表面上都可以无处不在，例如所有仓库包装，机器人手臂和膝关节。 WiforCesticker首先设计一个$ 4 $ 〜mm〜 $ \ $ \ times $〜$〜$ 2 $ 〜mm〜 $ \ $ \ times $〜$〜$〜$ 0.4 $〜毫米电容传感器设计，配备了$ 10 $〜$〜$〜$〜$〜$〜$〜$ 〜mm〜mm 〜mm 〜mm 〜mm在灵活的PCB基材上设计。其次，它引入了一种新的机制，可以通过将传感器与COTS RFID系统插入传感器，从而无线读取器无线读取器可以通过无线读取器读取力信息。该传感器可以在多个测试环境中检测到$ 0 $ -6 $ 〜n的力量，感应精度为$ <0.5 $ 〜n，并在传感器上使用超过10,000美元的$ 10,000 $变化的力级按下。我们还通过设计传感器展示了两个应用程序案例研究，称量仓库包和骨接头施加的传感力。
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空中触觉创造了一种新的反馈方式，以使人们能够在空中感觉到触觉。超声波阵列聚焦在空间中的声音辐射压力，以引起由此产生的皮肤偏转的触觉感觉。在这项工作中，我们提出了一个低成本的触觉机器人，以测试空中触觉。通过将桌面机器人组与3D打印的仿生触觉传感器相结合，我们开发了一个可以感知，映射和可视化超声传感器阵列产生的空气触觉感觉的系统。我们通过对各种空气中的触觉刺激进行测试，包括未经调节和调节的焦点来评估触觉机器人。我们将刺激的映射与用于测试空气中触觉的另一种方法的映射：激光多普勒振动法，突出了触觉机器人的优势，包括较低的成本，轻巧的表格因子和易用性。总体而言，这些发现表明我们的方法具有感知空气中触觉的多重好处，并为扩展测试以更好地模仿人触觉感知开辟了新的可能性。
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尽管已显示触觉皮肤可用于检测机器人臂及其环境之间的碰撞，但并未广泛用于改善机器人抓握和手持操作。我们提出了一种新型的传感器设计，用于覆盖现有的多指机器人手。我们在台式实验中使用织物和抗静态泡沫底物分析了四种不同的压电材料的性能。我们发现，尽管压电泡沫被设计为包装材料，而不是用作传感底物，但它的性能与专门为此目的设计的织物相当。尽管这些结果证明了压电泡沫对触觉传感应用的潜力，但它们并未完全表征这些传感器在机器人操作中使用的功效。因此，我们使用低密度泡沫底物来开发可扩展的触觉皮肤，该皮肤可以连接到机器人手的手掌上。我们使用该传感器展示了几项机器人操纵任务，以显示其可靠地检测和本地化接触的能力，并在掌握和运输任务期间分析接触模式。我们的项目网站提供了有关传感器开发和分析中使用的所有材料，软件和数据的详细信息：https：//sites.google.com/gcloud.utah.edu/piezoresistive-tactile-sensing/。
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信号处理是几乎任何传感器系统的基本组件，具有不同科学学科的广泛应用。时间序列数据，图像和视频序列包括可以增强和分析信息提取和量化的代表性形式的信号。人工智能和机器学习的最近进步正在转向智能，数据驱动，信号处理的研究。该路线图呈现了最先进的方法和应用程序的关键概述，旨在突出未来的挑战和对下一代测量系统的研究机会。它涵盖了广泛的主题，从基础到工业研究，以简明的主题部分组织，反映了每个研究领域的当前和未来发展的趋势和影响。此外，它为研究人员和资助机构提供了识别新前景的指导。
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由于柔软的机器人越来越多地在需要高度和受控接触力的环境中使用，最近的研究表明，使用软机器人来估计或本质上感应而不需要外部传感机制。虽然这主要被示出在肌腱的连续管道机构或包括推拉杆致动的可变形机器人，但由于高致动变异性和非线性机械系统响应，流体驱动器仍然造成巨大挑战。在这项工作中，我们调查液压，并联软机器人至本质上的能力和随后控制接触力。导出了一种综合算法，用于静态，准静态和动态力感测，依赖于系统的流体体积和压力信息。该算法验证了单一自由度软流体致动器。结果表明，在准静态配置中，可以在验证范围内的验证范围内的0.56±0.66n的精度下估计作用在单个致动器上的轴向力。力传感方法应用于在单个致动器中强制控制以及耦合的并联机器人。可以看出，两种系统可以准确地控制力，以在多自由度平行软机器人的情况下控制定向接触力的能力。
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我们引入了一个球形指尖传感器进行动态操作。它基于气压压力和飞行时间接近传感器，并且是低延迟，紧凑且身体健壮的。传感器使用训练有素的神经网络根据压力传感器的数据来估计接触位置和三轴接触力，这些数据嵌入了传感器的聚氨酯橡胶范围内。飞行器传感器朝三个不同的外向方向面对，并且一个集成的微控制器样品以200 Hz的速度每个单个传感器。为了量化系统潜伏期对动态操作性能的影响，我们开发和分析了一个称为碰撞脉冲比率的度量，并表征了我们新传感器的端到端潜伏期。我们还向传感器提出了实验演示，包括测量接触过渡，进行粗大映射，与移动物体保持接触力以及避免碰撞的反应。
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随着Terahertz（THZ）信号产生和辐射方法的最新进展，关节通信和传感应用正在塑造无线系统的未来。为此，预计将在用户设备设备上携带THZ光谱，以识别感兴趣的材料和气态组件。 THZ特异性的信号处理技术应补充这种对THZ感应的重新兴趣，以有效利用THZ频带。在本文中，我们介绍了这些技术的概述，重点是信号预处理（标准的正常差异归一化，最小值 - 最大归一化和Savitzky-Golay滤波），功能提取（主成分分析，部分最小二乘，t，T，T部分，t部分，t部分正方形，T - 分布的随机邻居嵌入和非负矩阵分解）和分类技术（支持向量机器，k-nearest邻居，判别分析和天真的贝叶斯）。我们还通过探索他们在THZ频段的有希望的传感能力来解决深度学习技术的有效性。最后，我们研究了在联合通信和传感的背景下，研究方法的性能和复杂性权衡；我们激励相应的用例，并在该领域提供未来的研究方向。
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触摸感在使人类能够理解和与周围环境互动方面发挥着关键作用。对于机器人，触觉感应也是不可替代的。在与物体交互时，触觉传感器为机器人提供了理解物体的有用信息，例如分布式压力，温度，振动和纹理。在机器人抓住期间，视力通常由其最终效应器封闭，而触觉感应可以测量视觉无法访问的区域。在过去的几十年中，已经为机器人开发了许多触觉传感器，并用于不同的机器人任务。在本章中，我们专注于使用触觉对机器人抓握的触觉，并研究近期对物质性质的触觉趋势。我们首先讨论了术语，即形状，姿势和材料特性对三个重要的物体特性的触觉感知。然后，我们通过触觉感应审查抓握稳定性预测的最新发展。在这些作品中，我们确定了在机器人抓握中协调视觉和触觉感应的要求。为了证明使用触觉传感来提高视觉感知，介绍了我们最近的抗议重建触觉触觉感知的发展。在所提出的框架中，首先利用相机视觉的大型接收领域以便快速搜索含有裂缝的候选区域，然后使用高分辨率光学触觉传感器来检查这些候选区域并重建精制的裂缝形状。实验表明，我们所提出的方法可以实现0.82mm至0.24mm的平均距离误差的显着降低，以便重建。最后，我们在讨论了对机器人任务中施加触觉感应的公开问题和未来方向的讨论。
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当没有光学信息可用时，在不确定环境下的机器人探索具有挑战性。在本文中，我们提出了一种自主解决方案，即仅基于触觉感测，探索一个未知的任务空间。我们首先根据MEMS晴雨表设备设计了晶须传感器。该传感器可以通过非侵入性与环境进行交互来获取联系信息。该传感器伴随着一种计划技术，可以通过使用触觉感知来产生探索轨迹。该技术依赖于触觉探索的混合政策，其中包括用于对象搜索的主动信息路径计划，以及用于轮廓跟踪的反应性HOPF振荡器。结果表明，混合勘探政策可以提高对象发现的效率。最后，通过细分对象和分类来促进场景的理解。开发了一个分类器，以根据晶须传感器收集的几何特征识别对象类别。这种方法证明了晶须传感器以及触觉智能，可以提供足够的判别特征来区分对象。
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人体中的微观机器人可以从超声波上收集能量，从而提供对自主行为的板载控制，例如测量和通信诊断信息以及精确输送药物。本文评估了使用活塞收集能量的微米大小机器人可用的声电。活塞上的声学衰减和粘性阻力是对可用功率的主要限制。大约100kHz的频率可以在皮肤上约10厘米的换能器内向低衰减组织中的机器人传递数百个Picowatt，但在高衰减组织（例如肺）中却少得多。但是，微观机器人的应用可能涉及如此之多，以至于机器人显着增加衰减，从而降低了体内深处的机器人的功率。本文描述了机器人如何共同管理何时和何时收获能量来减轻这种衰减，从而平均可以为每个机器人提供数十亿机器人。
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对医疗保健监控的远程工具的需求从未如此明显。摄像机测量生命体征利用成像装置通过分析人体的图像来计算生理变化。建立光学，机器学习，计算机视觉和医学的进步这些技术以来的数码相机的发明以来已经显着进展。本文介绍了对生理生命体征的相机测量综合调查，描述了它们可以测量的重要标志和实现所做的计算技术。我涵盖了临床和非临床应用以及这些应用需要克服的挑战，以便从概念上推进。最后，我描述了对研究社区可用的当前资源（数据集和代码），并提供了一个全面的网页（https://cameravitals.github.io/），其中包含这些资源的链接以及其中引用的所有文件的分类列表文章。
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与传统的机器人手不同，由于固有的不确定性，兼容的手不足的手对模型的挑战。因此，通常基于视觉感知执行抓握对象的姿势估计。但是，在闭塞或部分占地环境中，对手和物体的视觉感知可以受到限制。在本文中，我们旨在探索触觉的使用，即动力学和触觉感测，以构成姿势估计和手动操纵，手工不足。这种触觉方法会减轻并非总是可用的视线。我们强调识别系统的特征状态表示，该状态表示不包括视觉，可以通过简单和低成本的硬件获得。因此，对于触觉传感，我们提出了一个低成本和灵活的传感器，该传感器主要是与指尖一起打印的3D，并可以提供隐式的接触信息。我们将双手手动的手作为测试案例不足，我们分析了动力学和触觉特征以及各种回归模型对预测准确性的贡献。此外，我们提出了一种模型预测控制（MPC）方法，该方法利用姿势估计将对象操纵为仅基于触觉的所需状态。我们进行了一系列实验，以验证具有不同几何形状，刚度和纹理的各种物体的姿势的能力，并以相对较高的精度显示工作空间中的目标。
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机器人从能够根据其材料属性进行对象进行分类或操纵对象而受益。这种能力可通过适当的抓握姿势和力选择来确保对复杂物体进行精细操纵。先前的工作集中在触觉或视觉处理上，以确定掌握时间的材料类型。在这项工作中，我们介绍了一种新型的平行机器人抓地力设计，以及一种从握把手指内收集光谱读数和视觉图像的方法。我们训练非线性支持向量机（SVM），该机器可以通过递归估计将要抓住的物体的材料分类，并且随着从指尖到物体的距离降低的距离，置信度越来越高。为了验证硬件设计和分类方法，我们从16种真实和假水果品种（由聚苯乙烯/塑料组成）中收集样品，从而导致一个包含光谱曲线，场景图像和高分辨率纹理图像的数据集，因为对象被掌握，提起并释放。我们的建模方法证明了在32类决策问题中对对象进行分类时的准确性为96.4％。这比最先进的计算机视觉算法的状态在区分视觉上相似的材料方面提高了29.4％。与先前的工作相反，我们的递归估计模型解释了频谱信号强度的增加，并允许随着抓手接近对象做出决策。我们得出的结论是，光谱法是使机器人不仅能够对握住的对象进行分类，还可以理解其潜在的材料组成。
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预计机器人将掌握形状，重量或材料类型各不相同的广泛物体。因此，为机器人提供类似于人类的触觉功能对于涉及人与人机或机器人与机器人相互作用的应用至关重要，尤其是在那些期望机器人掌握和操纵以前未遇到的复杂物体的情况下。成功的对象掌握和操纵的关键方面是使用配备多个高性能传感器的高质量指尖，在特定的接触表面上适当分布。在本文中，我们介绍了使用两种不同类型的市售机器人指尖（Biotac和wts-ft）的使用的详细分析，每个机器人指尖（Biotac和wts-ft）配备了分布在指尖的接触表面上的多个传感器。我们进一步证明，由于指尖的高性能，不需要一种复杂的自适应抓握算法来抓住日常物体。我们得出的结论是，只要相关的指尖表现出较高的灵敏度，基于比例控制器的简单算法就足够了。在量化的评估中，我们还证明，部分由于传感器的分布，基于BioTAC的指尖的性能优于WTS-FT设备，可以使负载升高至850G，并且简单的比例控制器可以适应该载荷即使对象面临重大的外部振动挑战，也要掌握。
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通过触觉反馈感知物体滑移的能力使人类能够完成复杂的操纵任务，包括保持稳定的掌握。尽管触觉信息用于许多应用程序，但触觉传感器尚未在工业机器人设置中广泛部署。挑战的一部分在于从触觉数据流中识别滑移和其他事件。在本文中，我们提出了一种基于学习的方法，可以使用气压触觉传感器检测滑移。这些传感器具有许多理想的属性，包括高耐用性和可靠性，并且由廉价的现成组件构建。我们训练一个时间卷积神经网络来检测滑动，达到高检测精度，同时表现出稳健性，以对滑动运动的速度和方向。此外，我们在涉及各种常见对象的两项操纵任务上测试了探测器，并证明了对训练期间看不到的现实情况的成功概括。我们认为，气压触觉传感技术与数据驱动的学习相结合，适用于许多操纵任务，例如滑移补偿。
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