觸覺是機器人實現與外部環境直接作用的必需媒介，通過人工皮膚陣列感受的觸覺信息，智能機器人不僅可以可靠地抓取目標物體，還可以感知目標物體的輕重、材質、形狀、一系列物理特征。研究具有柔性化、陣列化、多維力檢測功能的人工皮膚觸覺傳感器，為提升機器人擬人化、智能化程度以及解決人機協作安全問題提供了新的方法。本課題針對具有前瞻性的機器人人工皮膚光纖光柵觸覺感知方法進行研究： 首先，開展基于光纖光柵的人工皮感知機理與靜動態性能仿真研究。分析硅膠外部受力、溫度、變形對FBG的傳遞與感知效應，建立光柵溫度、應變感知模型，得出硅膠內植入光纖后的感知機理與分析方法。Ansys仿真模擬3*3陣列傳感節點間隔距離、柵區長度、彈性體厚度等傳感器結構參數與傳感陣列靜動態性能關系，為后續結構優化奠定基礎。 然后，對人工皮膚觸覺傳感單元的結構優化方法進行研究。設計了拱形橋、中間孔等多種微結構感知單元，提高了人工皮膚感知靈敏度。研究植入光柵節點的人工皮膚陣列形澆注工藝，制備可用于大面積、陣列化的光柵人工皮膚。 其次，研究光纖式陣列化感知數據解調與接觸力信息反演方法。提出了基于三點定位和神經網絡的接觸力、位置反演算法與力譜云圖交互現實方法，有效地提高了人工皮膚力觸覺測量與感知精度。 最后，開展了可穿戴人工皮膚的接觸面壓滑覺、動態觸覺感知研究。設計了一種指尖滑覺感知結構，提出一種光柵中心波長二階導數識別算法，實現初始滑動識別。設計了一種光纖觸須振動感知結構，研究光柵振動信號時頻分析方法，實現接觸紋理定性識別。為人工皮膚外部形狀接觸的定性識別和定量表征提供支持。 該課題資助發表的論文共20篇，其中SCI收錄期刊12篇，EI收錄20篇。與課題研究緊密相關的9篇，其中SCI/EI期刊收錄7篇，EI會議論文2篇。

機器人人工皮膚可為當前人機協作中的安全問題提供一種全方位觸覺感知解決方案。本課題擬研究FBG植入PDMS硅膠的人工皮膚力感知機理與信息處理方法，通過不同FBG串陣列、FBG測點、皮膚接觸力等模擬，形成一種新的機器人力觸覺傳感器。研究內容：擬采用FBG傳輸矩陣方法、耦合模理論，結合光纖植入PDMS后的應變、溫度傳遞機理，建立數學模型；采用ANSYS有限元、Optiwave等手段，進行局部點和整體面接觸力數值模擬，優化人工皮膚的結構、尺寸、技術指標及靜動態性能；研究FBG傳感陣列的動態矩陣、插值逼近與神經網絡理論識別的映射算法，搭建FBG解調的靜、動態人工皮膚實驗系統，進行力觸覺各種測試和機器人臂上測試、數據波形分析與力譜云圖映射，分析陣列化FBG反射譜信息、提取特征量；擬給出一套人工皮膚的結構設計與制備工藝方法，為低成本人工皮膚的制作奠定基礎。

蒙皮應變監測是臨近空間巨型柔性浮空器健康監測的重要組成部分，對臨近空間浮空平臺的安全運行起到預警作用，而國內外尚無成熟的在線監測方法。已有的蒙皮在線監測系統大多采用電阻應變片或者壓電材料等電測法，在實際應用中還存在一定不足。本項目以臨近空間巨型柔性浮空器蒙皮作為研究對象，通過表面粘貼式光纖布拉格光柵（FBG）傳感技術，對蒙皮應變監測的理論方法進行研究。具體內容包括：建立粘貼式FBG普適結構應變傳遞理論模型；在普適模型的基礎上分別建立蒙皮軸向大應變、平面應變及彎曲應變下粘貼式FBG應變傳遞理論模型；綜合三種理論模型建立蒙皮組合應變下粘貼式FBG傳感器應變傳遞理論模型；通過蒙皮應變監測試驗驗證所獲得的應變傳遞理論模型。本項目旨在揭示用于蒙皮應變監測的粘貼式FBG應變傳遞機制，為臨近空間巨型柔性浮空器蒙皮健康監測系統的設計奠定理論和技術基礎。

近年來，在人工智能技術取得長足進步，各種視覺傳感技術，特別是三維感知技術快速發展等因素的推動下，新型機器人逐漸具備了更為強大的感知與理解能力，為快速、準確的三維場景重建與理解開創了新的渠道。本項目以三維幾何處理和分析為核心，旨在研究適用于機器人平臺的三維重建和分析方法，并充分利用機器人的自主行為能力這一特點，實現機器人對未知室內環境的自主化、智能化三維感知。其輸出既包括對室內場景的高質量三維重建，又包括對場景結構的精細化分析和理解。項目擬首先研究面向機器人平臺的智能三維感知框架。在此框架下，研究面向單機器人的主動交互式場景重建和理解，以及基于多機器人的協同化智能三維感知。