触觉是接触、滑动、压觉等机器刺激的总称。大都植物的触觉器是遍及满身的，像人类皮肤位于人的体表，而且遍及满身，触觉器有良多种，有的觉得冷热，有的觉得痛痒，还有的觉得润滑或是粗拙，差别部位的皮肤对差别个工具的触觉不一样，这是由于差别感受器分布的数目和品种差别。人类的面部、嘴唇、手指等部位的各类感受器良多，所以这一些部位的觉得很敏感。

人类皮肤的感知全是定性却没法定量。而触觉传感器可以模拟人类皮肤，更让人赞叹的是，还可以把温度、湿度、力等觉得用定量的体式格局表达出来，乃至可以辅助伤残者取得失去的感知本领。好比一款新型毛状电子皮肤，能使机器人快速分辨出呼吸造成的稍微氛围颠簸或微小地心跳震撼。这款传感器乃至比人类皮肤更敏感，可以普遍应用于假肢、心率监视器和机器人。

触觉传感器的主要功能

检验功用

检验功效包孕对操纵工具的状况、机械手取操纵工具的接触状况、操纵工具的物理性质举行检验。

辨认功效

辨认功用是正在检验的基础上提取操纵工具的外形、巨细、刚度等特性，以举行分类和方针辨认。

触觉传感器的生长过程

70 年月外洋的机器人研讨已成热门，但触觉技能的研讨才开端且很少。其时对触觉的研讨仅限于取工具的接触取否 接触力巨细，虽然有一些好的假想 但研制出的传感器少且大略。

80 年月是机器人触觉传感技术研讨、进步的快速增长期，此时代对传感器设计、道理和办法作了大批研讨，重要有电阻、电容、压电、热电 磁、磁电、力、光、超声和电阻应变等道理和办法。从总体上看 80 年月的研讨可分为传感器研制、触觉数据处理、主动触觉感知三一些，其突出特色是以传感器装配研讨为中间 重要面向工业自动化。

90年代对触觉传感手艺的研讨持续连结增加并多标的目的成长。按宽的分类法，有关触觉研讨的文献可分为：传感手艺取传感器设计、触觉图象处置惩罚、外形辨识、 主动触觉感知、构造取集成。

2002年，美国科研人员正在内窥镜手术的导管顶部安装触觉传感器，可检验疾病组织的刚度，依据组织柔软度施加适合的力度，包管手术操纵的宁静。

2008年，日本Kazuto Takashima等人设计了压电三维力触觉传感器，将其安装在机器人乖巧手指端，并建立了肝脏模仿界面，外科医生能够经过对机器人乖巧手的掌握，感触感染肝脏病变部位的信息，开展封闭式手术。

2009年，德国菲劳恩霍夫制作手艺和运用质料研究院的马库斯-梅瓦尔研制出新型触觉体系的章鱼水下机器人，可精确地感知障碍物状态，能够主动完成海底环境的勘察事情。

触觉传感器分类

机器人感知才能的技术研讨中，触觉类传感器极其重要。触觉类的传感器研讨有广义和狭义之分。广义的触觉包罗触觉、压觉、力觉、滑觉、冷热觉等。狭义的触觉包罗机械手取工具接触面上的力觉得。由功效的角度分类，触觉传感器大抵可分为接触觉传感器、力－力矩觉传感器、压觉传感器和滑觉传感器等。

压阻式机器人触觉传感器

压阻式触觉传感器是操纵弹性体质料的电阻率随压力巨细的变更而变更的性质制成，并把接触面上的压力旌旗灯号变成电旌旗灯号。

1981年，研究人员正在金属电极间夹入碳纤维和碳毡，构成压阻传感器；1999年，中国科学院使用力敏电阻造作了能检验三维接触力信息的阵列式触觉传感器；2007年，台湾国立大学使用高分子压阻复合膜设计研造了传感规模和灵敏度可调整的三轴触觉传感器。该三轴触觉传感器由四个传感悬臂梁及粘贴正在各悬臂梁轮廓和侧面的高分子压阻复合薄膜构成。

光传感式机器人触觉传感器

南京航空航天大学设计的基于光波导道理的能检验三向力的触觉传感器。触觉传感体系由力敏硅橡胶圆柱触头、圆锥触头构成，且圆柱触头取橡胶垫另一侧的圆锥触头一一对应。新型光电敏感器件PSD，不只能够检验三向力，还能够肯定受力位置信息。而且触觉传感器取视觉传感器的输出兼容，适用于机器人实时力操纵和主动触觉体系。

电容效应式机器人触觉传感器

电容式触觉传感器道理是：正在外力作用下使两极板间的相对位置发生变更，进而招致电容变更，经过检验电容变更量来获得受力信息。2008年，上海微体系取信息技能研究所传感技能国家重点实验室研制的柔性电容式触觉传感器可测量恣意外形物体表面的接触力。

磁导式机器人触觉传感器

磁导式触觉传感器正在外力作用下磁场发生变更，并把磁场的变更经过磁路体系转换为电信号，进而感触感染接触面上的压力信息。

哈尔滨工业大学机器人研究所设计的基于磁敏Z元件的触觉传感器，此中磁敏Z元件可以输出随磁场强度成比例转变的摹拟电压旌旗灯号，灵敏度很高，事情条件请求很低，只要提供有转变的磁场就可以事情。采取平板磁铁正在氛围中的磁场强度衰减作为Z元件的敏感源，根据丈量弹性安装把力转换为Z元件取磁铁之间的间隔，而Z元件取磁铁之间的间隔取磁场强度的转变是对应的，如许，根据把磁场强度参数转换为位移参数，再转换为力的参数，进而到达测力的目标。

磁导式触觉传感器具有灵敏度高，体积小的长处，但取别的范例的机器人触觉传感器相比实用性较差。

压电式机器人触觉传感器

压电转换元件是典范的力敏元件，具有自觉电荷可逆的主要特征，并且具有体积小、质量轻、构造简朴、事情牢靠、固有频率高、灵敏度和信噪比高、性能稳固等长处。

2004年，重庆大学设计了使用压电敏感资料检验三向力的触觉传感器。传感头局部主要由基座、盖子、传感器内芯、调治机构等构成。传感头的内芯局部，主要由五个完全相同的压电元件、一个正方体硬质合金、一段圆柱硬质合金、一段铜柱构成。

接触觉传感器

接触觉传感器用以判定机器人是不是接触到外界物体或丈量被接触物体的特性的传感器，主要有以下几种范例。

微动开关式：由弹簧和触头组成。触头接触外界物体后脱离基板，导致旌旗灯号通路断开，进而测到取外界物体的接触。

导电橡胶式：它以导电橡胶为敏感元件。当触头接触外界物体受压后，压榨导电橡胶，使它的电阻产生转变，由而使流经导电橡胶的电流产生变化。

含碳海绵式：它正在基板上装有海绵组成的弹性体，正在海绵中按阵列布以含碳海绵。接触物体受压后,含碳海绵的电阻减小,丈量流经含碳海绵电流的巨细，可肯定受压水平。

碳素纤维式：以碳素纤维为上表层，下表层为基板，中心装以氨基甲酸酯和金属电极。接触外界物体时碳素纤维受压取电极接触导电。

气动复位式：它有柔性绝缘外表，受压时变形，离开接触时则由压缩空气作为复位的动力。取外界物体接触时其内部的弹性圆泡(铍铜箔)取下部触点接触而导电。

力－力矩觉传感器

适用于丈量机器人本身或与外界相互作用而发生的力或力矩的传感器。它一般装正在机器人各枢纽处。刚体正在空间的活动可以用 6个坐标来描写，例如用默示刚体质心位置的三个直角坐标和划分绕三个直角坐标轴扭转的角度坐标来描写。可以用多种布局的弹性敏感元件 来敏感机器人枢纽所受的 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 ）将力或力矩的各个重量转换为相应的电信号。常用弹性敏感元件的情势有十字交织式、三根竖立弹性梁式和八根弹性梁的反正混合布局等。正在每根梁的内侧粘贴张力丈量应变片，外侧粘贴剪切力丈量应变片，进而组成 6个自由度的力和力矩重量输出。

压觉传感器

丈量接触外界物体时所受压力和压力分布的传感器。它有利于机器人对接触工具的多少外形和硬度的辨认。压觉传感器的敏感元件可由各种压敏质料制成，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摆列面等。

如图是以压敏导电橡胶为根基资料的压觉传感器。正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。正在外压力作用下，导电橡胶电阻发生变革,使基底电极电流相应变革,进而检测出取压力成肯定干系的电信号及压力分布状况。经由过程转变导电橡胶的渗透身分可掌握电阻的巨细。比方渗透石墨可加大电阻，渗碳、渗镍可减小电阻。经由过程公道选材和加工可制成高密度分布式压觉传感器。这类传感器能够丈量纤细的压力分布及其变革，故有人称之为“人工皮肤”。

滑觉传感器

适用于推断和丈量机器人抓握或搬运物体时物体所发生的滑移。它事实上是一种位移传感器。两电极瓜代盘绕成螺旋构造，安排正在环氧树脂玻璃或柔嫩纸板基底上，力敏导电橡胶安装正在电极的正上方。正在滑觉传感器事情过程中，经过检验正负电极间的电压旌旗灯号并经过ADC将其转换成数字旌旗灯号，接纳DSP芯片举行数字旌旗灯号处置并输出后果，断定物体是不是发生滑动。

滑觉传感器按有没有滑动标的目的检验功效可分为无标的目的性、单标的目的性和齐标的目的性三类。

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、压电罗谢你盐 晶体和橡胶缓冲器构成。滑动时探针发生振动，由罗谢你盐转换为相应的电信号。缓冲器的作用是减小噪声。

双方向性传感器有滚筒光电式，被抓物体的滑移使滚筒迁移转变，致使光敏二极管接收到透过码盘（装在滚筒的圆面上）的光旌旗灯号，经由过程滚筒的转角旌旗灯号而测出物体的滑动。

齐标的目的性传感器采取表面包有绝缘材料并组成经纬分布的导电取没有导电区 金属球。当传感器接触物体并发生滑动时，球发作迁移转变，使球面上的导电取没有导电区瓜代接触电极,进而发生通断旌旗灯号,根据对通断旌旗灯号的计数和分辨可测出滑移的巨细和标的目的。

触觉传感器正在假肢中的运用

假肢可以奇迹般地规复一些截肢者失去的功用，但它们至今尚没法完成一件事，那是规复精确的触觉。现在，研究人员告诉说，正在不远的未来，这一些人造的手臂和腿脚有大概取得靠近实在的触觉。应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，可以模仿人体皮肤中触觉传感器的神经信息而向小鼠脑组织传送旌旗灯号。

长期以来，多个研讨团队一向试图为假肢佩带者规复触觉。比方，两年前，美国俄亥俄州克利夫兰市凯斯西储大学的研讨人员告诉说，根据正在假手使用者的手臂外围神经中毗连压力传感器进而使其获得了触觉。

然而虽然这一些成就已规复了根本的触觉，但其传感器和旌旗灯号取皮肤中的自然触觉传感器——机器性感受器发送的旌旗灯号仍存在伟大差别。

当人体中的机器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，脉冲频次越高。而之前的触觉传感器正在更大的压力下会发生更强的电旌旗灯号，而不全是高频脉冲流。电旌旗灯号必需被发送到另一个处置惩罚芯片，该处置惩罚芯片将旌旗灯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。

受到自然机器性感受器的启示，由加利福尼亚州帕洛阿你托市斯坦福大学化学工程师鲍哲南带领的研究人员，开端着手研制可以直接大批发生数字信号的人制皮肤。

据鲍哲南先容，这是第一种可以感知压力并与大脑相同的柔性人造皮肤，距真正像人类皮肤的柔性人造皮肤“更近一步”。

这类人造皮肤像“一页纸那末薄”，能够分为两层，外层是能够感知压力的传感器，由塑料资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，能够把压力旌旗灯号改变成电旌旗灯号并传递给大脑。

触觉传感器正在工业制作中的运用

现在大热的工业互联网中主要的脚色便是工业机械人。闻名汽车制造商例如特斯拉、宝马等等的车间险些见不到一个人，端赖工业机械人实现组装、喷漆、检验等事情。本年富士康正在海内引进数千机械人代替工人更是证明了将来制造业采取工业机械人是一往无前。力传感器给予机械人的手段触觉。力传感器安装正在机械人和它操纵的机台之间，那样二者间的所有力都能被机械人和机台感知和监控。

2013年问世的一款新型的键盘产物“101touch”，其特点在于键盘完全是一块可定制的触摸屏，您能够依据电脑利用需求来变动键盘规划，来顺应不一样的需求，如打字、游戏操纵、视频播放编纂等等，乃至酿成一款专为儿童设计的卡通键盘。

触觉传感器正在可穿着电子产品中的运用

近年来，便携式智能电子产品成长与日俱进，泛起了浩瀚多功效的可穿着器件。将电子产品适用于手镯、眼镜和鞋子等随身穿着品一样“穿着”正在身上已然成为一种新时尚。此中，穿着式触觉传感器是当下高新科技圈最前沿的范畴之一，可模仿人取外界环境直接接触时的触觉功效，关键包含对力旌旗灯号、热旌旗灯号和湿旌旗灯号的探测，是物联网的神经末梢和帮助人类全面感知自然及本人的中心元件。

成长穿着式、可以顺应基底恣意变形、与此同时对多种无规则触觉刺激有正确呼应的新型触觉传感器件至关重要。伴随着石墨烯、碳纳米管、氧化锌、液态金属等新型功效质料的泛起，柔性电子相关制备技能的刷新，穿着式触觉传感器的研讨正在近几年得到了迅猛的成长。

穿着式触觉传感器一般构建在相似皮肤的弹性基底大概可伸缩的织物上以取得柔性和可伸缩性。伴随着材料科学、柔性电子和纳米技术的飞速开展，器件的灵敏度、量程、范围尺寸和空间分辩率等根底性能提拔疾速，乃至逾越了人的皮肤。取此同时，为了适应对力、热、湿、气体、生物、化学等多刺激分辩的传感规定，器件设计加倍更精良，集成计划还加倍更成熟。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用的智能传感器件还应时而生。别的，穿着式电子产品朝着集成化标的目的开展，即针对详细使用将触觉传感器取相干功用部件（如电源、无线收发模块、旌旗灯号处置惩罚、执行器等）有用集成，打造具有优越柔性、空间适应性和功用性的穿着式平台。

今朝，穿着式触觉传感器正在预期使用仍旧面对许多挑衅，比方传感器正在频频变形过程中的性能退化，多刺激与此同时探测的串扰解耦，穿着式平台内部器件之间的力、热、电性能婚配等。应对这一些挑衅将带来新的机会，为相干资料制备、器件加工及体系集成指明将来的生长标的目的。毫无疑问，穿着式触觉传感器将朝向越发柔性化、小型化、智能化、多功能化、人性化标的目的生长。触觉传感器的适用范围将大大拓宽，正在人机交互体系、智能机器人、挪动医疗等行业具有宏大的使用远景。