触觉传感器——突破电子皮肤

人体皮肤通过与物体表面的接触，对物体的粗糙度、硬度、导热性、温度、湿度、锐利性、振动、触觉力、触觉压力等物理性能的进行综合反应。

机器人则可以通过触觉传感器与物体相接触或相互作用来完成对物体表面特征和物理性能的感知。触觉传感器的分类：按功能大致可分为接触觉传感器、力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。

七种主要触觉传感器传感原理

几种触觉传感器的工作原理
1、压阻式触觉传感器

利用弹性体材料的电阻率随压力大小的变化而变化的性质制成，并把接触面上的压力信号变为电信号。

A，当正应力作用在传感梁上时，传感器通过四个悬梁臂上表面的压阻敏感薄膜的变形情况检测正应力的大小。

B，当剪切力作用在传感器表面时，悬梁臂侧面的压阻敏感薄膜发生形变，以此来检测剪切力的大小。

2、电容效应式触觉传感器

在外力作用下使两极板间的相对位置发生变化，从而导致电容变化，通过检测电容变化量来获取受力信息。

当在传感器表面施加三维力F，且F与X-Y平面、X-Z平面的则F的三个分力可表示为：夹角分别为：

z方向的分力对应电容器的极板间距（即介电层的厚度）的变化；x、y方向的分力对应于电容器两极板间的叠加面积的变化；最后将电容值的变化转化成电压信号实现对F 的测量。

3、磁导式触觉传感器

在外力作用下磁场发生变化，并把磁场的变化通过磁路系统转换为电信号，从而感受接触面上的压力信息。优点：灵敏度体积小，输出随磁场强度成比例变化的模拟电压信号，灵敏度很高，工作条件要求很低，只要提供有变化的磁场就可以工作。

触觉传感的发展趋势

根据对触觉特殊性和机器人触觉传感技术研究历史现状的分析，触觉传感技术向着阵列化触觉传感器、三维力触觉传感器和柔顺触觉传感器的方向发展。

1、阵列化触觉传感器

获取触觉信息必须使触觉传感器与物体进行直接接触以获取信息，因此表面接触面积越大，获取的信息量就越多。

20世纪90年代以来，为获取不同位置、不同时间的触觉信息，触觉传感技术向阵列化、高密度方向发展。

2、三维力触觉传感器

一方面，机器人必须有三维触觉感能力，才能可靠完成抓取和操作任务。安全可靠抓取目标的关键就是对机械手与目标物体间相对滑动的控制。

另一方面，机器人的工作环境要求机器人能够灵活地行走，而机器人行走过程至少是x、y、z三个方向的力发生作用。因此三维力触觉传感器成为智能机器人研究的关键部分。

3、柔顺触觉传感器

为了真正实现触觉的拟人化，国际上目前正在致力于人工触觉皮肤的研究，即使触觉传感器从物理特性上像人的皮肤一样柔软，并可粘贴安装在任何欲使用的载体表面。因此作为人工触觉皮肤一项重要性能指标的柔顺化，成了近年来触觉传感技术发展的研究趋势。

触觉传感器工业制造中的应用

在工业生产的各个环节中，几乎都需要传感器进行监测，并把数据反馈给控制中心，以便对出现的异常节点进行及时干预，保证工业生产正常进行。新一代的智能传感器是智能工业的“心脏”，它让产品生产流程持续运行，并让工作人员远离生产线和设备，保证人身安全和健康。例如，著名汽车制造商特斯拉、宝马等的汽车制造车间几乎空无一人，全靠工业机器人完成组装、喷漆、检测等工作。触觉传感器将赋予机器人更类似于人的触觉，完成抓、握、捏、夹、推、拉等更多灵巧的作业，实现更多的功能。