ES2962547T3 - Sistema y procedimiento para evaluar seguridad de agarre - Google Patents
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Abstract
Un sistema para evaluar la seguridad del agarre, comprendiendo el sistema: una superficie de contacto que tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando configurada la primera región de superficie de contacto para resistir menos deslizamiento que la segunda región de superficie de contacto, un sensor para detectar deslizamiento en la primera región de contacto. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para evaluar seguridad de agarre
CAMPO TÉCNICO
La presente divulgación se refiere a un sistema y un procedimiento para evaluar la seguridad de agarres.
ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA
Agarrar y levantar objetos con pinzas robóticas es una tarea difícil. Las pinzas robóticas no tienen la capacidad de la mano humana para detectar información valiosa sobre el objeto y la interfaz de contacto. En la mayoría de los casos, las pinzas no disponen de retroalimentación táctil. Las que sí disponen de retroalimentación táctil suelen medir una característica, por ejemplo las fuerzas de agarre, o detectan el objeto que se desliza del agarre. Aunque el diseño de pinzas robóticas y protésicas sigue evolucionando, tratando de emular la destreza de la mano humana, aún está lejos de conseguir un desempeño comparable.
El campo de la detección táctil es muy activo y pretende colmar esta laguna; sin embargo, la mayoría de los sensores táctiles existentes se centran en determinar las fuerzas normales y tangenciales en la interfaz. Aunque estas magnitudes son importantes, sin duda hay otros parámetros táctiles que también lo son para la manipulación diestra. Dos de estos parámetros son el coeficiente de fricción estática (ms) y la aparición y el alcance del deslizamiento incipiente.
El coeficiente de fricción estática de la interfaz de contacto ayuda a determinar la fuerza mínima de agarre (normal) necesaria para sujetar un objeto de un determinado peso (fuerza tangencial). En determinadas posturas de agarre, si se estima con precisión el coeficiente de fricción estática y se puede medir la fuerza tangencial, se puede ajustar la fuerza (normal) de agarre para sujetar con seguridad el objeto.
En la bibliografía se han descrito varios sensores táctiles para medir el coeficiente de fricción estática y la aparición y el alcance del deslizamiento incipiente, como por ejemplo el descrito en "Slip classification for dynamic tactile array sensors" de Barrett Heyneman y Mark R. Cutkosky, en The International Journal of Robotics Research 2016, Vol. 35(4) 404-421. Sin embargo, muchos de estos sensores adolecen de una o varias de las siguientes limitaciones:
(i) la necesidad de explorar el objeto antes de intentar agarrarlo,
(ii) la aparición de un deslizamiento grosero durante la manipulación antes de obtener una medición del coeficiente de fricción estática,
(iii) la incapacidad de proporcionar una medición continua del coeficiente de fricción estática en caso de condiciones de fricción cambiantes, y
(iv) la necesidad de controlar continuamente las fuerzas normales y tangenciales.
Algunos de estos problemas pueden ser resueltos o mitigados o al menos una alternativa puede ser proporcionada dentro de la presente divulgación.
Una alternativa a la medición del coeficiente de fricción estática es la detección de un deslizamiento incipiente y el ajuste de la fuerza de agarre en caso de que se produzca. El deslizamiento incipiente se define como un desplazamiento relativo que tiene lugar en una región localizada de la interfaz de contacto, mientras que el deslizamiento total implica un desplazamiento relativo en toda la interfaz de contacto. Sin embargo, en la actualidad, todavía no existe una tecnología dominante y bien establecida para detectar artificialmente el deslizamiento, a pesar de la multitud de sensores de deslizamiento de los que se informa en la bibliografía.
Por lo tanto, sería ventajoso para la técnica si un dispositivo fuera capaz de detectar con precisión el deslizamiento incipiente mientras el agarre está todavía asegurado, permitiendo así la modulación de la fuerza antes de que se experimente la pérdida total del agarre.
Investigadores del MIT han desarrollado un dispositivo para detectar deslizamientos incipientes llamado GelSight. El mismo usa una silicona transparente y una cámara para medir el deslizamiento en la zona de contacto siguiendo el movimiento de un patrón de puntos tatuado en la silicona. Sin embargo, su capacidad para detectar un deslizamiento incipiente es limitada, ya que utiliza una superficie plana y contigua. La superficie plana limita el establecimiento de un diferencial de presión, y por tanto de tracción diferencial, a través de la interfaz de contacto. La naturaleza contigua del material elastómero de detección desalienta la independencia de movimiento entre diferentes regiones localizadas de la interfaz de detección, lo que desalienta aún más la aparición de un deslizamiento incipiente. El sensor GelSight también está limitado a la detección de eventos táctiles de frecuencia relativamente baja, ya que depende del procesamiento de imágenes de un flujo de vídeo para detectar el movimiento de la silicona en la interfaz de contacto.
Sería además ventajoso para la técnica existente, disponer de un dispositivo sensor táctil capaz de detectar y señalizar de forma fiable un deslizamiento inminente, estimando simultáneamente la fricción, independientemente del material con el que estuviera en contacto.
RESUMEN
Se divulga un sistema para evaluar la seguridad de agarre, el sistema comprende una superficie de contacto que comprende una pluralidad de protuberancias que se extienden desde una superficie de base, en la que la superficie de contacto tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. Las protuberancias de la primera región de la superficie de contacto se extienden fuera de la superficie de base a una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de la superficie de contacto. El sistema divulgado comprende además un sensor para detectar el deslizamiento en la primera región de contacto.
La detección del deslizamiento puede utilizarse para evaluar la seguridad del agarre y proporcionar información dentro del sistema, de modo que se aumente la fuerza de agarre para incrementar la seguridad del agarre.
En algunas realizaciones preferidas, las protuberancias son deformables.
En algunas formas, las protuberancias son compresibles. En algunas formas, las protuberancias tienen forma de pilares alargados.
En algunas realizaciones, las protuberancias pueden colocarse formando un conjunto.
También se divulga un procedimiento para evaluar la seguridad de agarre, el procedimiento comprende detectar el deslizamiento en una superficie de contacto, en donde la superficie de contacto comprende una pluralidad de protuberancias que se extienden desde una superficie de base, en donde la superficie de contacto tiene al menos una primera región de superficie de contacto y una segunda región de superficie de contacto, estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. Las protuberancias de la primera región de la superficie de contacto se extienden fuera de la superficie de base a una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de la superficie de contacto.
El procedimiento comprende la etapa de detectar el deslizamiento en la primera región de la superficie de contacto mediante un sensor.
La variación de la altura o distancia de la protuberancia respecto a la superficie de base es ventajosa, ya que permite al sistema detectar un deslizamiento incipiente.
La diferencia en las alturas de las protuberancias hace que éstas experimenten una fuerza normal dependiente de la distancia que la protuberancia se extiende desde la superficie de base cuando las protuberancias se comprimen hasta la misma altura final. Cuando también se aplica una fuerza tangencial, suponiendo que las protuberancias no se doblan de forma apreciable, todas las protuberancias que tienen la misma sección transversal experimentan la misma fuerza tangencial. En consecuencia, la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal experimentada por cada protuberancia varía con la diferencia de altura de las protuberancias. Si además se supone que la superficie del sensor mantiene un coeficiente de fricción estática constante, cuando la fuerza tangencial aumenta, la protuberancia sometida a la fuerza normal más baja (es decir, la protuberancia más corta cuando el dispositivo está descargado) se deslizará primero cuando la relación entre la fuerza tangencial y la normal sea mayor que el coeficiente de fricción estática. A medida que la fuerza tangencial siga aumentando, la siguiente protuberancia más corta deslizará, y así sucesivamente, hasta que la protuberancia más alta se haya deslizado. De este modo, cada evento de deslizamiento incipiente actúa como una advertencia de que la fuerza de agarre/normal debe aumentarse para mantener el agarre de un objeto estable.
En otra realización de la divulgación, el movimiento de las protuberancias individuales puede ser independiente uno del otro. El movimiento independiente de al menos dos pilares es ventajoso porque permite medir el movimiento relativo en la superficie de contacto, que puede producirse sólo a distintos niveles a lo largo de la superficie de contacto.
En otra realización de la divulgación, la fuerza normal experimentada por una protuberancia en la primera región de contacto es menor que la de una protuberancia en la segunda región de contacto.
En otra realización de la divulgación, las protuberancias son pilares.
En otra realización de la divulgación, un primer extremo de una protuberancia está conectado a la superficie de base, y un segundo extremo opuesto de la protuberancia forma una punta redondeada o esférica o no plana.
En otra realización de la divulgación, la superficie de contacto está fabricada principalmente de silicona.
En algunas realizaciones de la divulgación, la superficie de base puede ser plana, mientras que en otras realizaciones la superficie de base puede ser no plana. Cuando la superficie del objeto que se agarra es plana, la compresión relativa de cada protuberancia puede determinarse fácilmente con respecto a una superficie de base común, incluso si la superficie de base no es plana. Las fuerzas en tres dimensiones pueden medirse independientemente de la forma de la superficie o de si la superficie de base no es plana.
El sensor puede tener varias formas.
En algunas formas, se coloca un sensor detrás de la superficie de base en un lugar adyacente a cada cavidad.
En algunas formas, el sensor está adaptado para detectar un deslizamiento incipiente.
En algunas formas, el sensor está adaptado para estimar la fricción.
En algunas formas, entre el sensor y la cavidad hay una abertura de diámetro inferior al de la cavidad.
En algunas formas, el sensor comprende un fotodiodo cuadrante configurado para detectar la luz que emana de los LED situados en un lado de la cavidad de la superficie de base dentro de una protuberancia determinada, que se refleja desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad o cerca de él y que viaja a través de la abertura hasta el sensor.
En algunas formas, las protuberancias tienen una cavidad interna, y el sensor comprende una matriz CCD, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CCD detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.
En algunas formas, la compresión de las protuberancias en el eje z normal a la superficie de base da lugar a la expansión del diámetro del punto luminoso detectado.
En algunas formas, las protuberancias tienen una cavidad interna, y el sensor comprende una matriz CMOS sensible a la luz, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CMOS sensible a la luz detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.
En algunas realizaciones de la divulgación, la velocidad a la que las advertencias de deslizamiento incipiente son señaladas por el sensor, la velocidad a la que los eventos de deslizamiento son detectados, o un número de advertencias, puede ser utilizado para indicar un nivel de urgencia con la que se requiere una acción correctiva, o la magnitud de la fuerza necesaria para una acción correctiva.
En algunas formas, el procedimiento comprende medir el desplazamiento de las protuberancias en tres dimensiones espaciales, estimar las fuerzas aplicadas a la punta en tres dimensiones espaciales.
En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento cuando una o más protuberancias ya no se mueven a la misma velocidad que otras protuberancias del conjunto. En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento mediante vibraciones. En algunas formas, tras la detección del deslizamiento, el sistema revisa la relación entre la fuerza tangencial y la normal en el momento del deslizamiento para permitir una estimación del coeficiente de fricción.
En algunas formas, el procedimiento comprende la medición del desplazamiento de la punta de las protuberancias en tres dimensiones con una alta resolución, de forma que se mide la vibración de la punta, utilizando la medición de la vibración para estimar la textura o detectar el deslizamiento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán realizaciones únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos en los que
LaFigura 1Aes una vista en sección transversal de una realización de una superficie de contacto de la divulgación; LaFigura 1Bes una vista en sección transversal de la realización de la Figura 1 en estado comprimido;
LaFigura 1Ces una vista en sección transversal de la realización de la Figura 1 comprimida;
LaFigura 2es una vista en perspectiva de una superficie de contacto de la divulgación;
LaFigura 3es una vista transversal en perspectiva de una superficie de contacto de la divulgación;
LaFigura 4es una vista en sección transversal de una realización de la superficie de contacto integrada con un sistema de sensores según la divulgación;
LaFigura 5muestra la fabricación de un prototipo de una realización de la divulgación, mostrando tanto el molde como el perfil de silicona resultante;
LaFigura 6muestra un banco de pruebas para probar al menos una realización de la divulgación;
LaFigura 7muestra un único fotograma de vídeo capturado durante el procedimiento de prueba;
LasFiguras 8A - 8Cproporcionan una vista gráfica de la relación de fuerza tangencial a normal a la que cada pilar se desliza en cada nivel de fuerza normal. La Figura 8A muestra la superficie de alta fricción, la Figura 8B muestra la superficie de fricción básica y la Figura 8C muestra la superficie de baja fricción;
LasFiguras 9A - 9Cproporcionan una representación gráfica de la detección de desplazamiento y fuerza utilizando una realización de la divulgación. La Figura 9A proporciona un desplazamiento de referencia de la punta del pilar, la Figura 9C proporciona un dato de fuerza de referencia y la Figura 9B muestra la salida de datos del sensor óptico;
LaFigura 10muestra la detección de la respuesta de vibración utilizando una realización de la divulgación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la siguiente descripción detallada, se hace referencia a los dibujos adjuntos que forman parte de la descripción detallada. Las realizaciones ilustrativas descritas en la descripción detallada, representadas en los dibujos y definidas en las reivindicaciones, no pretenden ser limitativas.
En la Figura 1, se muestra un sistema para evaluar la seguridad de agarre, que comprende una superficie de contacto 10 que tiene al menos una primera región de superficie de contacto 12 y una segunda región de superficie de contacto 14. En la forma ilustrada, la superficie de contacto tiene forma de una pluralidad de protuberancias 16 que se extienden desde una superficie de base. En la Figura 1 sólo se muestran dos protuberancias 16, sin embargo, será evidente para el experto en la materia que la superficie de contacto puede comprender una pluralidad de protuberancias 16 que se extienden desde la superficie de base 18. Las protuberancias 16 tienen forma de pilares alargados con un extremo de fijación 19 acoplado o integrado en la superficie de base 18 y que se extiende hasta una punta 20 que tiene, en algunas realizaciones, un perfil de extremo semiesférico. En la forma ilustrada, los pilares alargados tienen dimensiones de sección transversal similares y diferentes longitudes de extensión desde la superficie de base. En esta forma ilustrada, la variación en la distancia que la protuberancia se extiende desde la superficie de base define la primera región de superficie de contacto 12 y la segunda región de superficie de contacto 14. Específicamente, la primera región de superficie de contacto está configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto. En la forma ilustrada, sólo se muestran dos protuberancias alargadas, que tienen diferentes alturas entre sí.
La Figura 1 es un modelo simplificado de una posible realización, en la que una protuberancia o pilar central más largo, de alturale,está rodeado por ocho pilares exteriores más cortos, cada uno de ellos de alturalo.Otras variantes de realización incluyen varios pilares de distintas alturas.
La Figura 1A ilustra dos protuberancias 16 cuando no están comprimidas, cada una de las cuales tiene forma de pilar y diámetros iguales, D, pero alturas diferentes,leelo.
En la Figura 1B, se ilustra el dispositivo 10 en contacto con una superficie plana 24, como la superficie de un objeto que se está agarrando. En esta figura, ambos pilares son comprimidos por una fuerza normal brutaFnhasta la misma altura final, lo que resulta en una fuerza normal (de compresión) diferente en cada pilar.
La Figura 1C ilustra la adición de una fuerza tangencial que actúa cortando la superficie plana 24 con la que está en contacto el sensor, con lo que cada una de las protuberancias 16 también experimenta una fuerza tangencial. Cuando ninguna protuberancia se desliza contra la superficie, y suponiendo que los pilares no pueden doblarse apreciablemente, todos experimentan la misma fuerza tangencial, y la suma de las fuerzas tangenciales es igual a la fuerza tangencial bruta,Ft.
En algunas realizaciones de la divulgación, el movimiento de las protuberancias individuales 16 puede ser independiente uno del otro. El movimiento independiente o parcialmente independiente de al menos dos protuberancias en forma de pilares 16 es ventajoso porque permite la medición del movimiento relativo en la superficie de contacto, que puede producirse sólo a diferentes niveles a través de la superficie de contacto 10.
En algunas realizaciones de la divulgación, la superficie de contacto 10 está fabricada principalmente de silicona.
Como se muestra en la Figura 1C, las protuberancias 16 de la primera superficie de contacto 12 están sometidas a una fuerza normal menor que la protuberancia más larga 16' de la segunda superficie de contacto 14. En algunas formas, se supone que el coeficiente de fricción estática es el mismo para cada protuberancia; las protuberancias exteriores de la primera región de superficie de contacto 12 de la realización mostrada en la Figura 2 se deslizarán con una fuerza tangencial bruta menor que la protuberancia central 16' de la segunda región de superficie de contacto.
Si se conocen la constante del muelle(k)y el diámetro (D) de una única protuberancia, y se miden la fuerza tangencial y normal en el momento del deslizamiento de las protuberancias más cortas, es posible predecir la relación entre la fuerza tangencial bruta y la fuerza normal a la que se deslizará la protuberancia más larga. El coeficiente de rozamiento estático es, pues, una estimación de la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento del deslizamiento para la protuberancia más larga. En algunas formas, la fuerza bruta a través del dispositivo se mide y se reparte entre las protuberancias, suponiendo que el material es elástico lineal. En algunas formas no ilustradas, la fuerza puede detectarse individualmente para protuberancias o grupos de protuberancias.
Idealmente, dado que la protuberancia no se desliza, debería desviarse a la misma velocidad que la superficie contra la que se comprime. Por el contrario, cuando la protuberancia se desliza, la velocidad de deflexión debe tender hacia 0 mm/s. En la práctica, debido a la flexión de la protuberancia o del pilar, el momento de deslizamiento se determinó como el momento en que la velocidad de deflexión de una protuberancia más corta disminuye al 20 % de la velocidad de deflexión de la protuberancia más larga, condicionado a que la velocidad de deflexión de la protuberancia más larga sea suficientemente grande.
Con más protuberancias y más diferencias de altura, puede tenerse en cuenta una gama más amplia de fricciones y fuerzas normales, y son posibles más advertencias para evitar la pérdida del objeto a medida que aumenta la fuerza tangencial. El ritmo al que se señalan los avisos, así como el número de avisos, podría indicar la urgencia con la que se requieren medidas correctoras. Además, con cada aviso se puede conocer más información sobre la interfaz de contacto.
Tanto con como sin monitorización continua de la fuerza normal y tangencial, el dispositivo divulgado puede utilizarse ventajosamente para mejorar la manipulación diestra en pinzas robóticas y protésicas. Sin una supervisión continua, el ritmo al que se señalan los avisos, así como el número de avisos, podrían seguir indicando la urgencia con la que se requieren medidas correctoras, así como la magnitud de las mismas. Con la monitorización continua de la fuerza, puede ser posible determinar también el coeficiente de fricción estática, y las correcciones del agarre estarían mejor informadas. Independientemente del tipo de supervisión, es posible que se emita una advertencia cuando se detecta un deslizamiento incipiente.
En algunas realizaciones del dispositivo, la superficie de contacto 12 es plana, de modo que puede determinarse la compresión relativa de cada protuberancia.
El sistema en algunas formas comprende además un sensor, o sistema de sensores, adaptado para medir el deslizamiento en la primera región de contacto 12 para detectar un deslizamiento incipiente. El sensor puede tener varias formas.
Como se muestra en la Figura 2, la superficie de contacto comprende una superficie de base 18 con una pluralidad de protuberancias que se extienden desde la misma. En algunas formas, la superficie de contacto comprende además una superficie de apoyo inferior 41 y una superficie de apoyo superior 40. En algunas formas, la superficie de apoyo superior incluye una pluralidad de aberturas a través de las cuales pueden extenderse las protuberancias. En algunas formas, la superficie inferior 41 puede incluir soporte o cavidades para soportar sensores u otras partes del sistema.
En algunas realizaciones del dispositivo, como las ilustradas en las Figuras 3 y 4, un reflector iluminado 31, una abertura 32 y un sensor de luz 33 forman una configuración de cámara estenopeica 30, que permite medir la desviación tridimensional del reflector iluminado 31. Esta desviación se correlaciona con la desviación tridimensional de la punta de la protuberancia 16. Una configuración de cámara estenopeica 30 es aquella en la que la luz procedente de una fuente 34 que pasa a través de una abertura 32 proyecta una imagen invertida de la fuente sobre una pantalla o sensor 33 situado debajo. La fuente de luz 34 se proyecta hacia una cavidad 35 dentro de cada protuberancia 16 para reflejarse en un reflector 31 en el extremo distal de la cavidad 35, y de vuelta a través de la abertura estenopeica 32 a un sensor 33 montado a cierta distancia de la abertura estenopeica 32, detrás de la superficie de base 18.
En algunas realizaciones del dispositivo, la fuente de luz 34 se origina en un pequeño disco circular, en el que se proyectará un punto de luz circular. Al controlar la posición del punto luminoso, el sensor 33 puede detectar la posición tridimensional de la fuente 34 con respecto a la abertura 32. En algunas realizaciones, el punto luminoso se agranda cuando se comprime la protuberancia, lo que significa que puede medirse la deformación a lo largo de un eje normal a la base.
El dispositivo permite además medir el cambio o la deformación en tres dimensiones, es decir, en los ejes x e y de un plano tangente de la superficie de base y en el eje z que se extiende normal a la superficie de base en el punto en que una protuberancia dada se extiende desde la superficie.
La representación visual del cambio o la deformación en los tres ejes permite medir el desplazamiento tridimensional aplicado a la protuberancia o a la punta de la protuberancia. Esta representación visual tridimensional del desplazamiento comprende representaciones visuales del movimiento del punto luminoso para demostrar el movimiento angular de la protuberancia en el plano x-y tangencial a la superficie de base y la representación visual del movimiento en el eje z normal a la superficie de base mediante un cambio en el tamaño del punto luminoso. Esta representación visual permite determinar las fuerzas aplicadas a la protuberancia en las tres dimensiones. Esta medición de la fuerza tridimensional también permite estimar la fricción cuando se produce un deslizamiento.
En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento cuando una o más protuberancias ya no se mueven a la misma velocidad que otras protuberancias del conjunto. En algunas formas, el sistema detecta el deslizamiento mediante vibraciones. En algunas formas, tras la detección del deslizamiento, el sistema revisa la relación entre la fuerza tangencial y la normal en el momento del deslizamiento para permitir una estimación del coeficiente de fricción.
Además, la medición de fuerzas en tres dimensiones permite al conjunto de protuberancias estimar la torsión, ya que puede detectarse la desviación x-y o la curvatura de la fuerza alrededor del eje z. Esta estimación del par permite aumentar la seguridad de agarre, ya que la fuerza de agarre puede incrementarse para tener en cuenta el aumento del par según convenga.
La medición del desplazamiento tridimensional con un gran ancho de banda y una resolución espacial muy alta permite detectar la vibración en las protuberancias. La detección de vibraciones proporciona una alerta relacionada con eventos de deslizamiento. Alternativamente, la detección de la vibración proporciona un medio para detectar la textura y la capacidad de distinguir entre texturas. Además, la detección de la vibración puede conducir a la transducción de voz o música u otro sonido desde una superficie vibrante.
En algunas realizaciones del dispositivo, una cavidad 35 en el interior de la protuberancia puede contener un disco reflector 31 iluminado por los LED 34 y la abertura 32.
En algunas realizaciones del dispositivo, la cavidad 35 tiene forma cónica.
En algunas realizaciones del dispositivo, un sensor 33 en forma de fotodiodo cuadrante que se sitúa debajo de la abertura 32 puede detectar la posición y/o el tamaño del punto luminoso proyectado retransmitido desde el reflector 31. En tal realización, el cálculo de la posición del punto luminoso se correlaciona con la posición de la punta de la protuberancia en el plano x-y tangencial a la superficie de base. Este cálculo utiliza una fórmula relativamente sencilla por la que cada eje se calcula restando la diferencia entre las mitades del sensor y normalizando con respecto a la luz total recibida. Del mismo modo, el tamaño del punto luminoso se correlaciona con la posición de la punta de la protuberancia a lo largo del eje z normal a la superficie de base que se correlaciona con la compresión o liberación a lo largo del eje z normal a la superficie de base. El cálculo de la posición de la punta a lo largo del eje z puede calcularse simplemente midiendo la intensidad de la luz que incide sobre los fotodiodos. La sencillez de estos cálculos hace que el diseño sea adecuado para un microprocesador, incluso con grandes conjuntos de sensores.
En algunas realizaciones del dispositivo, una configuración de cámara estenopeica 30 es capaz de medir la dirección y magnitud de la desviación de la protuberancia 16 en dos dimensiones examinando las proporciones relativas de luz que ilumina cada uno de los cuatro cuadrantes del sensor fotodiodo 33; a medida que la protuberancia 16 se desvía cambiará la dirección del haz de luz que brilla a través de la abertura estenopeica 32. Para realizaciones a menor escala del dispositivo, el sensor fotodiodo 33 podría sustituirse por una matriz sensible a la luz CCD o CMOS. Pueden hacerse variaciones y modificaciones a las partes descritas anteriormente sin apartarse del espíritu o ámbito de la divulgación.
Ejemplos
En algunas realizaciones ilustradas, la estimación de las fuerzas sobre las protuberancias o pilares puede llevarse a cabo como sigue.
Se supone que el material se comporta como un elástico lineal según la Ley de Hooke. Se observa que la fuerza normal brutaFnes la suma de las fuerzas normales que actúan sobre cada pilar.
En el caso de un único pilar central, rodeado por ocho pilares exteriores, esto significa:
Fnc — kAlc,
( l a )
Fm=kAl0= /c(A¿c - d) =Fnc - kd, y (Ib )
FN=Fnc+&FN0 = 9kAlc- 8kd,( l e )
dondekes la constante de resorte del material elástico de los pilares. Por lo tanto:
P_Fn kd
h N O - — -9(2b)
Cuando también se aplica una fuerza tangencial al sensor por cizallamiento de la superficie que está en contacto, cada uno de los pilares también experimenta una fuerza tangencial (véase la Figura 1C). Cuando todos los pilares están pegados a la superficie (no se deslizan), y suponiendo que (i) la tensión de compresión sobre los pilares es pequeña en relación con su altura, (ii) la diferencia de altura entre los pilares más largos y los más cortos es también pequeña en relación con la altura, y (iii) los pilares no se doblan apreciablemente en relación con su altura, entonces todos experimentan aproximadamente la misma fuerza tangencial, y la suma de estas fuerzas tangenciales es igual a la fuerza tangencial bruta,Ft.En el caso de un único pilar central, rodeado por ocho pilares exteriores, esto significa:
dondeFtces la fuerza tangencial sobre el pilar central yFtoes la fuerza tangencial sobre uno de los pilares exteriores.
Como los pilares exteriores están sometidos a una fuerza normal menor, y j s es la misma para cada pilar, los pilares exteriores se deslizarán con una fuerza tangencial bruta menor que la del pilar central. Los pilares exteriores comenzarán a deslizarse cuando:
F to<> í h Fno ■>(4)
Esto ocurre cuando la fuerza tangencial bruta es:
Mientras los pilares exteriores se deslizan y el pilar central sigue atascado, los pilares exteriores contribuyen con una cantidad limitada de fuerza tangencial a la fuerza tangencial bruta, debido al coeficiente de fricción cinética (j*):
F t o = ^ x F n o i
(6a)
y el pilar central comenzará a deslizarse cuando:
Ftc>PsFnc-(6b)
Esto ocurre cuando la fuerza tangencial bruta es:
Ahora bien, js siempre es mayor o igual que j*, sin embargo, si se supone que j s = j*, entonces la Ec. (7) puede simplificarse a:
Combinando las ecuaciones (5) y (8) se obtiene:
es decir, si se conocen k y d, y se miden la fuerza tangencial y normal brutas en el momento del deslizamiento de lospsO psC
pilares exteriores (TandNrespectivamente), es posible predecir la relación entre la fuerza tangencial bruta y la fuerza normal a la que se deslizará el pilar central; es decir, es posible estimar el coeficiente de fricción estática detectando cuándo se deslizan los pilares exteriores y examinando después las fuerzas en ese momento.
En algunas formas, el diámetro de la base del sensor (de la que emanan los pilares) Dtotal = 80 mm con un espesor de 3 mm, y cada uno de los pilares cilíndricos tenía un diámetro de D = 10 mm y una terminación semiesférica, con una separación entre centros de aproximadamente 15 mm. Se eligieron extremos hemisféricos, ya que los extremos planos con bordes afilados provocarían grandes fuerzas de compresión en el borde de la zona de contacto del pilar antes de que se deslizara. En esta versión del sensor (al igual que en el modelo sencillo anterior), ocho pilares exteriores rodean un único pilar central, en una disposición reticular de 3 x 3. La altura del pilar central erale= 15 mm, y la de los pilares exterioreslo =14 mm; es decir, la diferencia de altura entre el pilar central y los pilares exteriores esd =1 mm. Para fabricar este prototipo, se vació silicona en un molde de plástico ABS impreso en 3D.
El molde se imprimió en termoplástico con una impresora 3D. Para alisar las líneas de impresión 3D en la superficie del molde, se suspendió sobre un baño de vapor de acetona durante 3 horas a temperatura ambiente. Las Figuras 5A y 5B muestran el molde antes y después del baño de vapor de acetona, respectivamente.
Como material para el prototipo se utilizó una silicona de dos componentes, inocua para la piel, de baja viscosidad para facilitar su fluidez y de corto periodo de curado. Los dos componentes se mezclaron en partes iguales según las instrucciones del fabricante y el vaciado se realizó en un solo vertido. No fue necesario desgasificar, pero la silicona se vertió desde una altura que permitía controlar mejor el chorro de vertido, y el molde se agitó suavemente para eliminar las burbujas presentes en la silicona. La silicona se desmoldó tras el curado (véanse las Figuras 5C-5E). La Figura 5C muestra un prototipo de silicona, vista superior; la Figura 5D muestra el prototipo con soporte de montaje; la Figura 5E muestra el prototipo de silicona, vista lateral.
Para validar el funcionamiento del prototipo, se realizaron varios experimentos para aplicar fuerzas normales y tangenciales al prototipo. Para llevar a cabo estos procedimientos de ensayo, se utilizó un banco de pruebas compuesto por una platina XYZ, un sensor 3D de fuerza/par, el prototipo, una superficie acrílica transparente y una cámara. A continuación se describen el banco de pruebas y los procedimientos de ensayo.
La Figura 6 muestra un banco de pruebas ejemplar para probar un prototipo de al menos una realización de la divulgación. La figura muestra la platina XYZ etiquetada como A, la superficie acrílica etiquetada como B, el prototipo etiquetado como C, el sensor 3D de fuerza/par etiquetado como D, la plataforma para la captura de vídeo etiquetada como E y el bastidor de soporte etiquetado como F.
La platina XYZ mostrada en la Figura 6, compuesta por tres platinas de traslación (M-605.1DD, Physik Instrumente (PI) GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Alemania) se utilizó para poner en contacto una superficie acrílica transparente con el prototipo y, a continuación, cizallar la superficie acrílica a través de la superficie del prototipo. Cada una de las platinas tiene un recorrido de 25 mm con una velocidad máxima de 50 mm.s-1, y una precisión de 0,1 pm con tamaños de paso de hasta 0,3 pm. La compresión produce una fuerza normal que actúa sobre los pilares y el cizallamiento de la superficie al entrar en contacto con el objeto a sujetar produce fuerzas tangenciales en cada uno de los pilares.
Se montó un sensor 3D de fuerza/par (Mini40, SI-80-4, ATI Industrial Automation, Apex, NC, EE.UU.) entre el prototipo y un bastidor de soporte (véase la Figura 6D). Las fuerzas y pares que actúan sobre el prototipo se muestrearon a 1 kHz con una unidad de adquisición de datos PowerLab 16/35 (AD Instruments, Bella Vista, NSW, Australia).
El vídeo del prototipo en contacto con la superficie acrílica transparente se capturó con la aplicación nativa de grabación de vídeo de un iPhone 6 de 16 GB (modelo A1586). El iPhone se colocó en una plataforma de forma que los pilares se vieran a través de la superficie acrílica transparente desde (aproximadamente 100 mm) directamente abajo con el pilar central situado en el centro de la imagen. El iPhone se conectó a un MacBook Pro con QuickTime Player 10.4 para grabar la pantalla del iPhone en formato .MOV con una resolución de 1334 x 750 píxeles a 59,97 fps (fotogramas.s-1). La calibración de la cámara se realizó con la aplicación de calibración de cámaras de MATLAb (R2014b, Mathworks, Natick, MA, EE.UU.). Se calcularon los coeficientes de distorsión de la lente (radial y tangencial) y en los bordes del sensor (más allá de la desviación máxima de cualquiera de los pilares) la distorsión no era superior a 1,1 píxeles, lo que corresponde aproximadamente a 0,12 mm. En comparación, los puntos de seguimiento de los pilares miden aproximadamente 5 píxeles de diámetro. Dado que esta distorsión tiene el efecto de sesgar la medición de la desviación de los pilares, el efecto sobre los resultados consiste únicamente en modificar el momento en el que se determina que los pilares se han deslizado con respecto a la platina; sin embargo, la determinación de este momento del evento depende mucho más de la regla de detección de deslizamiento usada.
Se creó un pequeño orificio con un alfiler en el punto central de los pilares seleccionados, que se rellenó con tinta negra para formar un marcador fiable para el seguimiento durante el análisis de vídeo. Además, se fijó a la superficie acrílica un tablero de ajedrez en blanco y negro compuesto por una fila de tres cuadrados de 10 mm para proporcionar un punto de referencia para el seguimiento de la posición de la superficie, así como para proporcionar una referencia para la conversión de unidades espaciales (píxeles a mm) que era razonable debido a la insignificante distorsión de la lente.
La platina XYZ se programa para que se desplace verticalmente hacia el prototipo hasta una posición predeterminada que dé lugar a la fuerza normal deseada (0,5 N para medir js , y 5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N para analizar el comportamiento de deslizamiento del pilar; véase más adelante) a una velocidad de 2,5 mm.s-1. La platina XYZ se mantiene en esa posición durante 1,5 s y, a continuación, se desplaza lateralmente a una velocidad de 2,5 mm.s-1 durante un total de 15 mm. A continuación, la platina se aleja verticalmente del prototipo para volver a la altura inicial, descargando así las fuerzas, y se desplaza lateralmente para volver a la posición inicial.
Registrando la posición de la platina XYZ que da lugar a la fuerza normal deseada (5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N), se puede calcular la constante del muelle según la ley de Hooke. Dado que, a estos niveles de fuerza normal, los nueve pilares del sensor se comprimen contra la superficie acrílica, la constante de resorte k es igual a 1/9 de la pendiente de la línea definida por la posición de la platina frente a la fuerza normal.
Para garantizar que las tres superficies utilizadas para las pruebas tuvieran valores diferentes de js y que los js de cada superficie se mantuvieran constantes a lo largo de las pruebas, fue necesario medir los js . El js se midió mediante la realización del protocolo anterior a una fuerza normal de 0,5 N - a esta fuerza normal, sólo el pilar central hace contacto con la superficie. La fricción se midió antes y después de comprobar el comportamiento del pilar para cada combinación de condición de fricción y fuerza normal de ensayo (véase más adelante).
El comportamiento del sensor se probó con cinco niveles diferentes de fuerza normal: 5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N. La platina XYZ se programó para aplicar las fuerzas normal y tangencial como se ha descrito anteriormente. Al mismo tiempo, se registraron las señales de fuerza/par del sensor ATI y se capturó vídeo de los pilares en contacto con la superficie acrílica.
Se utilizaron tres superficies con diferentes propiedades de fricción: (i) acrílico limpiado con etanol (condición de fricción base), (ii) acrílico recubierto de aceite de oliva (condición de fricción baja), y (iii) acrílico recubierto con una fina capa de jabón que se ha dejado secar (condición de fricción alta).
Para cada combinación de fuerza normal (5, 7,5, 10, 12,5 y 15 N) y superficie (acrílica: recubierta de aceite, limpiada con alcohol, recubierta de jabón), se realizaron las siguientes pruebas: prueba de fricción a 0,5 N (una vez), prueba de comportamiento del pilar a la fuerza normal deseada (cinco veces), prueba de fricción a 0,5 N (una vez).
Para eliminar cualquier ruido de alta frecuencia en las señales de fuerza, se aplicó un filtro Butterworth de paso bajo de 2° orden con una frecuencia de corte de 10 Hz.
Los vídeos grabados se utilizaron para controlar las deflexiones del pilar central y de uno de los ocho pilares exteriores del prototipo durante el movimiento lateral de la superficie acrílica. Se utilizó el algoritmo Kanade-Lucas-Tomasi para realizar el seguimiento de puntos en MATLAB (Mathworks, Natick, MA, EE.UU.). Se siguieron tres puntos a lo largo de la grabación de vídeo: (i) el centro del pilar central, (ii) el centro de un pilar exterior -se eligió como pilar directamente anterior al pilar central en la dirección del cizallamiento- y (iii) un punto de la cuadrícula de referencia (para controlar la posición de la superficie acrílica).
El resultado del seguimiento de puntos da la deflexión de los pilares central y exterior en relación con la posición de la superficie acrílica y, posteriormente, en relación con la posición no deflexionada de cada pilar. En la Figura 4 se muestra un fotograma del seguimiento por vídeo y la desviación del pilar. A continuación, se aplicó un filtro Butterworth de paso bajo y 2do orden de 5 Hz para eliminar las fluctuaciones de seguimiento de los datos de deflexión.
Fue necesario sincronizar las señales filtradas de fuerza/par y deflexión, ya que los datos originales se registraron en dos dispositivos diferentes. Al final de cada estímulo, la platina XYZ se aceleró en la dirección Z negativa (normal a los pilares) para retraer la superficie acrílica y alejarla del sensor, con el fin de descargar la fuerza normal. El resultado es una gran aceleración de la fuerza normal medida, así como de la desviación calculada del pilar central, al eliminarse repentinamente la fuerza tangencial de flexión. Los grandes picos negativos en las segundas derivadas con respecto al tiempo de la fuerza normal filtrada y la deflexión del pilar central se utilizaron para sincronizar los datos de fuerza y deflexión.
Idealmente, dado que la platina se mueve a una velocidad de 2,5 mm.s'1, si el pilar está atascado (no se desliza), también debería estar desviándose a una velocidad de 2,5 mm.s-1 en su punta, y cuando el pilar se deslice, la velocidad de desviación debería convertirse en 0 mm.s-1. Sin embargo, esto no ocurre en la práctica y, debido a la flexión del pilar, éste parece moverse primero a la misma velocidad que la platina, aunque esta velocidad disminuye lentamente a medida que el pilar parece rodar en el punto de contacto. Por lo tanto, el momento de deslizamiento se determinó heurísticamente como el momento en que la velocidad de desviación del pilar (es decir, la primera derivada de la posición de desviación con respecto al tiempo) disminuye hasta el 5 % de la velocidad de la etapa (es decir, cuando la velocidad de desviación del pilar cae por primera vez por debajo de 0,125 mm.s-1) - esto es cercano a cero, pero por encima del nivel de ruido de fotograma a fotograma de la velocidad de desviación del pilar. En este trabajo para probar el principio de funcionamiento del prototipo, este umbral fue suficiente para identificar el momento de deslizamiento, sin embargo, en otras situaciones reales el algoritmo de detección necesitará sin duda ser más complejo/robusto. En algunas formas, cada protuberancia puede ser instrumentada internamente usando el procedimiento de luz y orificio de alfiler descrito anteriormente para medir su deflexión y vibración de la protuberancia. En algunas formas, esto puede significar que el evento de deslizamiento será menos ambiguo.
Se tomó como estimación de j s la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento de deslizamiento (determinada por el análisis de vídeo) del pilar central (el único pilar en contacto a 0,5 N de fuerza normal).
El principio de funcionamiento del sensor es que el pilar exterior (más corto) debe deslizarse bajo una fuerza tangencial menor en comparación con el pilar central (más alto). Para determinar si esto se cumple, se determinaron las fuerzas tangenciales y normales en el momento de deslizamiento de los pilares exterior y central, respectivamente, para _usC / rsC
Ms -l'T /t'N(Eq. (9))
compararlas. Una predicción de fue también calculada a partir de las fuerzas tangencialpsO
y normal medidas cuando el pilar exterior se desliza (<, Ft and>Nrespectivamente) y se realizó una comparaciónusC/ Z7SC
con las fuerzas medidas<I F t / F n>que se miden un tiempo después, cuando el pilar central finalmente se desliza.
Resultados
Las posiciones de la platina (mm) para cada una de las fuerzas normales (N) se utilizaron para calcular la constante de resorte,k,de los pilares sensores. La constante de resortek,es el gradiente de la línea de mejor ajuste dividido el número de pilares:k= 1,174 N/mm.
Se observó que cuando la placa acrílica comienza a cizallar (aproximadamente a los 2,4 s), se produce una disminución de la fuerza normal. Esto es de esperar, ya que la platina XYZ está programada para permanecer a la misma altura mientras cizalla la superficie acrílica, y los pilares del sensor se doblan, lo que significa que la altura efectiva del sensor disminuye ligeramente. La js se tomó como la relación entre la fuerza tangencial y la fuerza normal en el momento del deslizamiento del pilar central.
En la Figura 7 se muestra un fotograma de vídeo capturado durante el procedimiento de prueba. La cruz roja es la posición original del marcador; la cruz azul es la posición actual del marcador, que se desplaza con la placa acrílica. Los valores resaltados en amarillo son las deflexiones (mm) del marcador (arriba), el pilar central (centro) y el pilar exterior a la izquierda del pilar central (abajo).
En referencia a la Figura 8, se muestra una vista gráfica de la relación de fuerza tangencial a normal en la que cada pilar se desliza en cada nivel de fuerza normal para las superficies de fricción A) alta, B) base y C) baja. Los marcadores son los valores medios y las barras de error se extienden a ± DE. La línea horizontal discontinua indica los ms medidos con una fuerza normal de 0,5 N.
Como se muestra en las Figuras 9 A a 9C, el sensor óptico es capaz de medir el desplazamiento de las protuberancias y la fuerza sobre las mismas. En las representaciones gráficas, la Figura 9A proporciona el desplazamiento de referencia. Las coordenadas XY se obtienen siguiendo desde arriba con una cámara de vídeo un punto manchado en la punta de un pilar. Ponemos en contacto una lámina transparente de plexiglás grueso con la punta del pilar mediante una platina robotizada y la movemos para provocar un desplazamiento XYZ. La platina robótica nos indica la coordenada Z.
La Figura 9C muestra la fuerza de referencia. Se obtiene utilizando un sensor de fuerza de 3 ejes comercial.
La Figura 9B muestra la medición del desplazamiento y la fuerza utilizando cuatro fotodiodos tras un sencillo preprocesamiento. Si hay cuatro fotodiodos dispuestos en un patrón de cuadrante como se muestra,
PQ
RS
A continuación, la intensidad de la luz que perciben se puede preprocesar del siguiente modo para obtener el gráfico central.
(es decir, suma de todos)
(es decir, izquierda menos derecha, normalizado)
(es decir, arriba menos abajo, normalizado)
Finalmente, se aprenden dos funciones de mapeo para mapear los valores que miden el desplazamiento y la fuerza mostrados en la Figura 9B a: los valores de la Figura 9A que muestran el desplazamiento de referencia en tres dimensiones, o los valores de la Figura 9C que muestran las fuerzas de referencia en tres dimensiones.
Como se muestra en la Figura 10, los sensores pueden detectar vibraciones. En este ejemplo, la punta de la protuberancia estaba en contacto con un agitador que vibra a lo largo de un solo eje. La imagen adjunta muestra los resultados de una prueba en la que se aplicó una vibración de 10 micras (0,01 mm) a 330 Hz en el eje Z del pilar (es decir, comprimiendo el pilar). El trazo rojo punteado indica el desplazamiento del agitador, mientras que el trazo azul indica la respuesta del sensor fotodiodo; este valor de respuesta del sensor mostrado en el trazo azul se obtuvo mediante el cálculo Z = P Q R S, y se expresa en voltios.
En las reivindicaciones que siguen y en la descripción precedente de la invención, excepto cuando el contexto requiera otra cosa debido a lenguaje expreso o implicación necesaria, la palabra "comprende" o variaciones tales como "comprende" o "que comprende" se utiliza en un sentido inclusivo; es decir, para especificar la presencia de las características indicadas pero no para excluir la presencia o adición de otras características en diversas realizaciones de la invención.
Claims (15)
1. Un sistema para evaluar la seguridad del agarre, el sistema comprende:
una superficie de contacto (10) que comprende una pluralidad de protuberancias (16) que se extienden desde una superficie de base (18), en la que la superficie de contacto (10) tiene al menos una primera región de superficie de contacto (12) y una segunda región de superficie de contacto (14), estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto, en la que las protuberancias (16) de la primera región de superficie de contacto (12) se extienden fuera de la superficie de base una distancia menor que las protuberancias de la segunda región de superficie de contacto (14) y
el sistema comprende además un sensor (33) para detectar el deslizamiento en la primera región de la superficie de contacto.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que las protuberancias son deformables.
3. Sistema según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que las protuberancias están configuradas para moverse independientemente unas de otras.
4. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la distancia no comprimida desde la superficie de base de las protuberancias en la primera región de contacto es menor que la de las protuberancias en la segunda región de contacto.
5. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias están configuradas de tal manera que en uso bajo una presión de agarre constante la fuerza normal sobre una protuberancia en la primera región de contacto es menor que la de una protuberancia en la segunda región de contacto.
6. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada protuberancia comprende una cavidad interna que se extiende desde la superficie de base hacia un extremo distal de la protuberancia.
7. Un sistema según la reivindicación 6, en el que un sensor está situado detrás de la superficie de base en un lugar adyacente a cada cavidad.
8. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 7, en el que una abertura que tiene un diámetro menor que la cavidad está situada entre el sensor y la cavidad.
9. Un sistema como el reivindicado en la reivindicación 8, en el que el sensor comprende un fotodiodo cuadrante configurado para detectar la luz que emana de los LED situados en un lado de la cavidad de la superficie de base dentro de una protuberancia determinada, que se refleja desde un reflector situado en o cerca del extremo distal de la cavidad y que viaja a través de la abertura hasta el sensor.
10. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias tienen cada una una cavidad interna, y en el que el sensor comprende una matriz CCD, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CCD detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.
11. Un sistema como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las protuberancias tienen cada una una cavidad interna, y en el que el sensor comprende una matriz CMOS sensible a la luz, estando el sistema configurado de tal manera que la matriz CMOS sensible a la luz detecta la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.
12. Un procedimiento para evaluar la seguridad de agarre, comprendiendo el procedimiento detectar el deslizamiento en una superficie de contacto (10), en donde la superficie de contacto comprende una pluralidad de protuberancias (16) que se extienden desde una superficie de base (18), en donde la superficie de contacto (10) tiene al menos una primera región de superficie de contacto (12) y una segunda región de superficie de contacto (14), estando la primera región de superficie de contacto configurada para resistir el deslizamiento menos que la segunda región de superficie de contacto, las protuberancias (16) en la primera región de contacto se extienden fuera de la superficie de base una distancia menor que las protuberancias en la segunda región de contacto, en donde el procedimiento comprende la etapa de detectar el deslizamiento en la primera región de superficie de contacto por medio de un sensor, preferiblemente en donde las protuberancias están posicionadas para formar una matriz de protuberancias en la base y el movimiento de las protuberancias individuales es independiente o parcialmente independiente uno del otro.
13. Un procedimiento como el reivindicado en la reivindicación 12, en el que cada protuberancia está asociada con un sensor configurado para detectar la luz que emana de la superficie de base hacia la cavidad, reflejándose desde un reflector situado en el extremo distal de la cavidad, y viajando a través de una abertura en la superficie de base hacia el sensor.
14. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que la pluralidad de protuberancias se extienden desde la superficie de base hasta una punta, y el procedimiento comprende medir el desplazamiento de la punta en tres dimensiones, y estimar las fuerzas aplicadas a la punta en tres dimensiones en el momento del deslizamiento.
15. Un procedimiento según la reivindicación 12, en el que la pluralidad de protuberancias se extienden a lo largo de un eje desde la superficie de base hasta una punta, y el procedimiento comprende medir el desplazamiento de la punta en tres dimensiones con una alta resolución espacial de manera que se mida la vibración de la punta, y utilizar la medición de la vibración para estimar la textura o el deslizamiento.
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