Проектирование и характеристика мультимодальной гибкой электронной кожи с использованием сбора данных на основе CPLD для тактильной интенсивности и распознавания жестов

Zhenxing Wang; Zhihan Yang; Xuan Dou

doi:10.3791/70096

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Проектирование и характеристика мультимодальной гибкой электронной кожи с использованием сбора данных на основе CPLD для тактильной интенсивности и распознавания жестов

325 просмотров

⸱

DOI:

10.3791/70096

⸱

27 января 2026 г.

Zhenxing Wang¹ , Zhihan Yang² , Xuan Dou²

¹School of Computer and Information Engineering, Shanghai Polytechnic University, ²School of Intelligent Manufacturing and Control Engineering, Shanghai Polytechnic University

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол описывает изготовление и эксплуатацию гибкой, мультимодальной электронной системы кожи. Он использует бэкенд на базе CPLD для обеспечения синхронизированного гибридного сбора данных с 36 сенсорных каналов, что позволяет количественно анализировать сложные тактильные жесты для продвинутого роботизированного восприятия и взаимодействия человека и робота.

Аннотация

В данной работе представлена разработка и характеристика гибкой мультимодальной платформы электронной кожи (e-skin), поддерживающей высокоразрешённое тактильное сенсорное распознавание и распознавание жестов с помощью системы сбора данных на основе CPLD. Система интегрирует 36-канальную, 14-битную гибридную архитектуру дискретизации с частотой (2 кГц, 1 кГц, 100 Гц), с аппаратной поддержкой давления, ускорения, освещения, температуры и сигналов окружающей среды. Гибкая подложка FPC позволяет конформную интеграцию на изогнутых роботизированных поверхностях при сохранении механической стабильности. Для демонстрации тактильного восприятия данное исследование сосредоточено на канале датчика давления, который служит основным методом оценки контактной силы и динамики жестов. Были проанализированы четыре типичных человеческих взаимодействия: мягкое прикосновение, тап, лёгкое щипывание и сильное щипение. Для различения категорий интенсивности силы и жестов были введены двумерные метрики — эквивалентная аскортность формы волны и эквивалентная нагрузка. Экспериментальные результаты показывают, что система обеспечивает чёткое разделение жестов и кожную вязкоэластичную реакцию, со средним временем разгрузки 0,4 с ± 0,2 с. Поддерживается беспроводная передача данных в реальном времени со скоростью 1,5 Мбит/с, а модульная конструкция обеспечивает масштабируемую основу для будущей интеграции дополнительных модальностей. Эта работа создаёт аппаратную основу для тактильного взаимодействия человека и робота на основе силы и жестов с расширяемой способностью для мультимодальных восприятительных систем.

Введение

Тактильные сенсоры были широко изучены для роботизированного^{восприятия} ^1,2, однако большинство электронных систем кожи (e-skin) по-прежнему полагаются на одномодальные, низкоплотные конфигурации, которые могут ограничивать интерпретацию сложного человеческого прикосновения. Несмотря на значительный прогресс в области гибких тактильных материалов и архитектур устройств³, системная интеграция мультимодального и многоканального тактильного сенсора с высокоточным и в реальном времени получением представляет собой постоянные технические^вызо....