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　　力-力矩觉传感器
 

　　用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。刚体在空间的运动可以用 6个坐标来描述，例如用表示刚体质心位置的三个直角坐标和分别绕三个直角坐标轴旋转的角度坐标来描述。可以用多种结构的弹性敏感元件 来敏感机器人关节所受的 6个自由度的力或力矩，再由粘贴其上的应变片(见半导体应变计 、电阻应变计 )将力或力矩的各个分量转换为相应的电信号。常用弹性敏感元件的形式有十字交叉式、三根竖立弹性梁式和八根弹性梁的横竖混合结构等。在每根梁的内侧粘贴张力测量应变片，外侧粘贴剪切力测量应变片，从而构成 6个自由度的力和力矩分量输出。
 

　　压觉传感器
 

　　测量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有助于机器人对接触对象的几何形状和硬度的识别。压觉传感器的敏感元件可由各类压敏材料制成，常用的有压敏导电橡胶、由碳纤维烧结而成的丝状碳素纤维片和绳状导电橡胶的排列面等。
 

　　如图是以压敏导电橡胶为基本材料的压觉传感器。在导电橡胶上面附有柔性保护层，下部装有玻璃纤维保护环和金属电极。在外压力作用下，导电橡胶电阻发生变化,使基底电极电流相应变化,从而检测出与压力成一定关系的电信号及压力分布情况。通过改变导电橡胶的渗入成分可控制电阻的大小。例如渗入石墨可加大电阻，渗碳、渗镍可减小电阻。通过合理选材和加工可制成高密度分布式压觉传感器。这种传感器可以测量细微的压力分布及其变化，故有人称之为“人工皮肤”。
 

　　滑觉传感器
 

　　用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时物体所产生的滑移。它实际上是一种位移传感器。两电极交替盘绕成螺旋结构，放置在环氧树脂玻璃或柔软纸板基底上，力敏导电橡胶安装在电极的正上方。在滑觉传感器工作过程中，通过检测正负电极间的电压信号并通过ADC将其转换成数字信号，采用DSP芯片进行数字信号处理并输出结果，判定物体是否产生滑动。
 

　　滑觉传感器按有无滑动方向检测功能可分为无方向性、单方向性和全方向性三类。
 

　　无方向性传感器有探针耳机式，它由蓝宝石探针、金属缓冲器、压电罗谢尔盐 晶体和橡胶缓冲器组成。滑动时探针产生振动，由罗谢尔盐转换为相应的电信号。缓冲器的作用是减小噪声。
 

　　单方向性传感器有滚筒光电式，被抓物体的滑移使滚筒转动，导致光敏二极管接收到透过码盘(装在滚筒的圆面上)的光信号，通过滚筒的转角信号而测出物体的滑动。
 

　　全方向性传感器采用表面包有绝缘材料并构成经纬分布的导电与不导电区 金属球。当传感器接触物体并产生滑动时，球发生转动，使球面上的导电与不导电区交替接触电极,从而产生通断信号,通过对通断信号的计数和判断可测出滑移的大小和方向。
 

　　触觉传感器在假肢中的应用
 

　　假肢可以奇迹般地恢复一些截肢者失去的功能，但它们至今尚无法完成一件事，那就是恢复准确的触觉。如今，研究人员报告说，在不远的将来，这些人造的手臂和腿脚有可能获得接近真实的触觉。利用一种两层的柔韧薄塑料，科学家研制出一种新的电子传感器，能够模拟人体皮肤中触觉传感器的神经信息而向小鼠脑组织传送信号。
 

　　长期以来，多个研究团队一直试图为假肢佩戴者恢复触觉。例如，两年前，美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的研究人员报告说，通过在假手使用者的手臂外围神经中连接压力传感器从而使其获得了触觉。
 

　　然而尽管这些成绩已经恢复了基本的触觉，但其传感器和信号与皮肤中的天然触觉传感器——机械性感受器发送的信号仍存在巨大差异。
 

　　当人体中的机械性感受器感受到压力后，它们会发送一股神经脉冲；压力越大，脉冲频率越高。而之前的触觉传感器在更大的压力下会产生更强的电信号，而不是高频脉冲流。电信号必须被发送到另一个处理芯片，该处理芯片将信号的强度转换成一个数字脉冲流，然后才被发送到周围神经或脑组织中去。
 

　　受到天然机械性感受器的启发，由加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学化学工程师鲍哲南率领的研究人员，开始着手研制能够直接大量产生数字信号的人造皮肤。
 

　　据鲍哲南介绍，这是种能够感知压力并与大脑沟通的柔性人造皮肤，距真正像人类皮肤的柔性人造皮肤“更近一步”。
 

　　这种人造皮肤像“一页纸那么薄”，可以分为两层，外层是可以感知压力的传感器，由塑料材料加上碳纳米管制成；内层是由喷墨打印机印刷出的柔性电子电路，可以把压力信号改变成电信号并传递给大脑。
 

　　触觉传感器在工业制造中的应用
 

　　如今大热的工业互联网中重要的角色就是工业机器人。汽车制造商比如特斯拉、宝马等等的车间几乎见不到一个人，全靠工业机器人实现组装、喷漆、检测等工作。今年富士康在国内引进数千机器人取代工人更是证明了未来制造业采用工业机器人是大势所趋。力传感器赋予机器人的手腕触觉。力传感器安装在机器人和它操作的机台之间，这样两者间的所有力都能被机器人和机台感知和监控。
 

　　2015年问世的一款新型的键盘产品“101touch”，其特色在于键盘完全是一块可定制的触摸屏，你可以根据电脑使用需求来更改键盘布局，来适应不同的需求，如打字、游戏操作、视频播放编辑等等，甚至变成一款专为儿童设计的卡通键盘。
 

　　触觉传感器在可穿戴电子产品中的应用
 

　　近年来，便携式智能电子产品发展日新月异，出现了众多多功能的可穿戴器件。将电子产品用于手镯、眼镜和鞋子等随身穿戴品一样“穿戴”在身上已然成为一种新时尚。其中，穿戴式触觉传感器是当下科技圈前沿的领域之一，可模仿人与外界环境直接接触时的触觉功能，主要包括对力信号、热信号和湿信号的探测，是物联网的神经末梢和辅助人类全面感知自然及自己的核心元件。
 

　　发展穿戴式、能够适应基底任意变形、同时对多种无规则触觉刺激有准确响应的新型触觉传感器件至关重要。随着石墨烯、碳纳米管、氧化锌、液态金属等新型功能材料的出现，柔性电子相关制备技术的革新，穿戴式触觉传感器的研究在近几年得到了迅猛的发展。
 

　　穿戴式触觉传感器通常构建在类似皮肤的弹性基底或者可伸缩的织物上以获得柔性和可伸缩性。随着材料科学、柔性电子和纳米技术的飞速发展，器件的灵敏度、量程、规模尺寸以及空间分辨率等基础性能提升迅速，甚至超越了人的皮肤。同时，为了适应对力、热、湿、气体、生物、化学等多刺激分辨的传感要求，器件设计更加更精巧，集成方案也更加更成熟。具有生物兼容、生物可降解、自修复、自供能及可视化等实用功能的智能传感器件也应运而生。此外，穿戴式电子产品朝着集成化方向发展，即针对具体应用将触觉传感器与相关功能部件(如电源、无线收发模块、信号处理、执行器等)有效集成，打造具有良好柔性、空间适应性和功能性的穿戴式平台。
 

　　目前，穿戴式触觉传感器在实际应用仍然面临很多挑战，例如传感器在反复变形过程中的性能退化，多刺激同时探测的串扰解耦，穿戴式平台内部器件之间的力、热、电性能匹配等。应对这些挑战将带来新的机遇，为相关材料制备、器件加工及系统集成指明未来的发展方向。毫无疑问，穿戴式触觉传感器将朝向更加柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化方向发展。触觉传感器的适用范围将大大拓宽，在人机交互系统、智能机器人、移动医疗等领域具有巨大的应用前景。