觸覺傳感器

工作原理

　　用于機(jī)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(shí)的重要感覺功能，研制滿足要求的觸覺傳感器是機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)室階段，達(dá)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(jī)器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測(cè)量被接觸物體的特征的傳感器。接觸覺傳感器有微動(dòng)開關(guān)、導(dǎo)電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動(dòng)復(fù)位式裝置等類型。①微動(dòng)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(hào)通路斷開，從而測(cè)到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時(shí)一直接通）微動(dòng)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是使用方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是易產(chǎn)生機(jī)械振蕩和觸頭易氧化。②導(dǎo)電橡膠式：它以導(dǎo)電橡膠為敏感元件。當(dāng)觸頭接觸外界物體受壓后，壓迫導(dǎo)電橡膠，使它的電阻發(fā)生改變，從而使流經(jīng)導(dǎo)電橡膠的電流發(fā)生變化。這種傳感器的缺點(diǎn)是由于導(dǎo)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(diǎn)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(cè)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性好、使用方便。缺點(diǎn)是碳素分布均勻性直接影響測(cè)量結(jié)果和受壓后恢復(fù)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(shí)碳素纖維受壓與電極接觸導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)是柔性好，可裝于機(jī)械手臂曲面處，但滯后較大。⑤氣動(dòng)復(fù)位式：它有柔性絕緣表面，受壓時(shí)變形，脫離接觸時(shí)則由壓縮空氣作為復(fù)位的動(dòng)力。與外界物體接觸時(shí)其內(nèi)部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點(diǎn)接觸而導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn)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(cè)量機(jī)器人抓握或搬運(yùn)物體時(shí)物體所產(chǎn)生的滑移。它實(shí)際上是一種位移傳感器。按有無滑動(dòng)方向檢測(cè)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(jī)式，它由藍(lán)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?；瑒?dòng)時(shí)探針產(chǎn)生振動(dòng)，由羅謝爾鹽轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。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(dòng)，導(dǎo)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(hào)，通過滾筒的轉(zhuǎn)角信號(hào)而測(cè)出物體的滑動(dòng)。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(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)的金屬球（圖4）。當(dāng)傳感器接觸物體并產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，球發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使球面上的導(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)交替接觸電極,從而產(chǎn)生通斷信號(hào),通過對(duì)通斷信號(hào)的計(jì)數(shù)和判斷可測(cè)出滑移的大小和方向。這種傳感器的制作工藝要求較高。