觸覺傳感器

工作原理

　　用于機器人中模仿觸覺功能的傳感器。觸覺是人與外界環(huán)境直接接觸時的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機器人發(fā)展中的技術(shù)關(guān)鍵之一。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和各種有機材料的出現(xiàn)，已經(jīng)提出了多種多樣的觸覺傳感器的研制方案，但目前大都屬于實驗室階段，達到產(chǎn)品化的不多。觸覺傳感器按功能大致可分為接觸覺傳感器、力－力矩覺傳感器、壓覺傳感器和滑覺傳感器等。

　　接觸覺傳感器用以判斷機器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺傳感器有微動開關(guān)、導電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動復位式裝置等類型。①微動開關(guān)：由彈簧和觸頭構(gòu)成。觸頭接觸外界物體后離開基板，造成信號通路斷開，從而測到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時一直接通）微動開關(guān)的優(yōu)點是使用方便、結(jié)構(gòu)簡單，缺點是易產(chǎn)生機械振蕩和觸頭易氧化。②導電橡膠式：它以導電橡膠為敏感元件。當觸頭接觸外界物體受壓后，壓迫導電橡膠，使它的電阻發(fā)生改變，從而使流經(jīng)導電橡膠的電流發(fā)生變化。這種傳感器的缺點是由于導電橡膠的材料配方存在差異，出現(xiàn)的漂移和滯后特性也不一致，優(yōu)點是具有柔性。③含碳海綿式：它在基板上裝有海綿構(gòu)成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓后,含碳海綿的電阻減小,測量流經(jīng)含碳海綿電流的大小，可確定受壓程度。這種傳感器也可用作壓力覺傳感器。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、彈性好、使用方便。缺點是碳素分布均勻性直接影響測量結(jié)果和受壓后恢復能力較差。④碳素纖維式：以碳素纖維為上表層，下表層為基板，中間裝以氨基甲酸酯和金屬電極。接觸外界物體時碳素纖維受壓與電極接觸導電。優(yōu)點是柔性好，可裝于機械手臂曲面處，但滯后較大。⑤氣動復位式：它有柔性絕緣表面，受壓時變形，脫離接觸時則由壓縮空氣作為復位的動力。與外界物體接觸時其內(nèi)部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點接觸而導電。優(yōu)點是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。

　　滑覺傳感器用于判斷和測量機器人抓握或搬運物體時物體所產(chǎn)生的滑移。它實際上是一種位移傳感器。按有無滑動方向檢測功能可分為無方向性、單方向性和全方向性三類。①無方向性傳感器有探針耳機式，它由藍寶石探針、金屬緩沖器、壓電羅謝爾鹽晶體和橡膠緩沖器組成。滑動時探針產(chǎn)生振動，由羅謝爾鹽轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號。緩沖器的作用是減小噪聲。②單方向性傳感器有滾筒光電式，被抓物體的滑移使?jié)L筒轉(zhuǎn)動，導致光敏二極管接收到透過碼盤（裝在滾筒的圓面上）的光信號，通過滾筒的轉(zhuǎn)角信號而測出物體的滑動。③全方向性傳感器采用表面包有絕緣材料并構(gòu)成經(jīng)緯分布的導電與不導電區(qū)的金屬球（圖4）。當傳感器接觸物體并產(chǎn)生滑動時，球發(fā)生轉(zhuǎn)動，使球面上的導電與不導電區(qū)交替接觸電極,從而產(chǎn)生通斷信號,通過對通斷信號的計數(shù)和判斷可測出滑移的大小和方向。這種傳感器的制作工藝要求較高。