实验测试平台如图4-19所示。将胡须传感器安装在机器鼠的头部，在实验过程中控制机器鼠以匀速直线运动触碰物体。为了使信号方便处理，这里不考虑胡须在运动过程中自身抖动造成的影响和胡须受重力作用造成的弯曲，并且仅对胡须传感器单个通道的信号进行处理。
图4-19 实验测试平台（见彩插）
（a）机器鼠WR-5M；（b）胡须传感器；（c）感知单元结构；（d）梁结构
一、测量接触距离
相关研究工作指出，被动感知式胡须触觉的最大应用优势在于测量接触距离（胡须根部到物体表面的垂直距离）[16]，因此本章首先对测量接触距离的功能进行验证。在实验过程中，胡须接触物体的示意图如图4-12（b）所示，其中d为待测量的接触距离。胡须传感器基于压阻效应，根据压阻效应的基本原理可知传感器的输出电压与胡须根部的力矩为近似的线性关系。由于胡须根部的弯矩与接触距离有关，因此可通过传感器输出电压的峰值估计接触距离：控制机器鼠以2 cm/s的恒定速度做匀速直线运动，并调节接触距离从40 mm以1 mm的间隔变化到30 mm，并分别记录胡须在触碰到物体时传感器的输出信号。经过分析可以得出，传感器在物体表面扫动过程中输出信号的峰值与接触距离有明显的相关关系，选取其中4组实验结果如图4-20所示。
图4-20 接触距离测量
（a）接触距离：38 mm；（b）接触距离：36 mm；（c）接触距离：34 mm；（d）接触距离：32 mm
从实验结果中可以看出，随着接触距离的减小，传感器输出信号的峰值逐渐增加，并在一定的范围内呈线性关系。当纤毛扫过物体时，记录传感器输出信号的峰值，将传感器输出信号的峰值与接触距离之间的关系用三次样条曲线拟合，结果如图4-21中所示。实验结果表明，在距离机器鼠较近的距离范围内，传感器输出电压与接触距离为近似的线性关系，通过胡须传感器较为准确地测量约10 mm范围内的距离。由此可知，机器鼠胡须触觉在机器鼠避障、定位导航等方面具有巨大的应用潜力。
图4-21 传感器输出电压峰值-接触距离关系曲线
二、分辨形状
由于胡须传感器在曲面上滑动时，接触距离会不断变化，并且接触距离的变化趋势与表面曲率相关，所以胡须触觉可以有效用于区分不用形状的物体。为此我们设计了实验，利用传感器来分辨3种表面形状，即圆面、平面和斜面，如图4-22中所示。实验过程如下：使胡须传感器以恒定的2 cm/s的速度扫动不同物体的表面，对不同形状的物体，都以38 mm作为最大接触距离，记录胡须传感器在扫动不同形状物体时的输出信号，实验结果如图4-23所示。(www.xing528.com)
图4-22 具有不同表面形状的物体
（a）圆面；（b）平面；（c）斜面
图4-23 分辨物体表面形状实验结果
（a）圆面；（b）平面；（c）斜面
由图4-23可以看出，当胡须传感器接触不同形状的物体时，电压波形的形状与被接触物体的表面形状较为接近。当机器鼠通过胡须传感器接触表面曲率差异较大的表面时，传感器输出信号的波形形状有明显差异。由此可知，胡须传感器接触物体可以使机器鼠分辨不同的物体。
三、分辨材质
设计实验过程如下：纤毛以38 mm的接触距离、2 cm/s的移动速度分别接触砂纸平面和塑料平面。取胡须传感器与物体稳定接触后的输出信号，分析输出信号的时域波形图、频谱图和功率谱图，如图4-24所示。
对比胡须传感器在塑料表面和砂纸表面滑动所产生的信号可以发现：对于光滑的塑料表面（图4-24（a）），胡须发生弯曲后在表面移动的过程中纤毛摆动的幅度较小，信号的主要能量集中在低频部分，从而信号的功率谱的平均幅值较低。当纤毛在砂纸表面滑动时（图4-24（b）），由于砂纸的表面粗糙度较高，造成纤毛的摆动更加剧烈，这会使信号在低频部分所占的能量少很多，从而功率谱的平均幅值较高。由此可以根据传感器输出信号的功率谱的平均幅值作为分辨不同材质的依据[19]。
图4-24 材质分类实验结果
（a）光滑表面；（b）粗糙表面
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