Efficient Hardware Implementation for the Reconstruction of Contact Forces in Smart Tactile Sensing

Abstract

Los sistemas de sensado táctil inteligente permiten la emulación del tacto mediante la integración de sensores, circuitos electrónicos y algoritmos de reconstrucción táctil. En dicho proceso, la captura y procesamiento de las fuerzas de contacto son fundamentales para la descripción del fenómeno táctil, así como para la decodificación de otras propiedades del objeto tocado. Por tanto, el desarrollo de sensores táctiles de fuerzas de contacto es un tema de gran relevancia para manipuladores robóticos, manos protésicas, interfaces hombre-maquinas, bio-sensado, entre otras aplicaciones que involucran la acción de agarre de objetos.

Existen varias formas de reconstruir las fuerzas de contacto, pero en todos los casos, la emulación táctil establece que la respuesta sea independiente del fenómeno y área de contacto, ofreciendo un tiempo de respuesta predecible. A pesar de que se encuentran sensores táctiles que calculan fuerzas de contacto en uno o varios ejes, la reconstrucción de fuerzas triaxial sigue siendo un tópico de amplio interés en la comunidad científica, dado que la relación área de contacto/precio, espesor del sensor, modelado de contactos suaves/flexibles y tiempo real continúan siendo retos difíciles de superar en aplicaciones de sensado táctil a gran escala.

Esta tesis doctoral se centra en el desarrollo de dos algoritmos basados en modelos analíticos para la reconstrucción de fuerzas de contacto empleando arreglos de sensores táctiles de tensión normal. Los algoritmos, denominados Triaxial Forces Reconstruction Algorithm (TFRA) y Sparse Triaxial Forces Reconstruction Algorithm (SpTFRA), permiten encontrar una solución óptima al problema inverso de la ecuación de Boussinesq para problemas mal planteados. TFRA propone una simplicidad aritmética que favorece su implementación en sistemas de sensado táctil en tiempo real.