Page 77 - 工业机器人控制技术研究

第二章 工业机器人的传感技术

制成的器件。导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶
中，受到压力时导电颗粒发生接触导致电阻率发生变化。另一类是根据半导体材
料的压阻效应制成的器件，其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内

组成惠斯通电桥。当基片受到外力作用时，电阻率发生显著变化导致各电阻值发
生变化，电桥就会产生相应的电压信号输出。
电容式触觉传感器。电容式触觉传感器是在外力作用下使两极板间的相对位
置发生变化，从而导致两极板间电容的变化，通过检测电容的变化量实现触觉检

测。电容式触觉传感器具有结构简单、易于轻量化和小型化、不受温度影响的优
点，但其缺点是信号检测电路较为复杂。常用于触觉传感器设计的电容介质层弹
性材料有聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚氨酯（PU）材料等。
电感式触觉传感器。电感式触觉传感器也称磁导式触觉传感器，它是利用电

磁感应原理将压力作用转换为线圈的自感系数和互感系数的变化，并将磁场的变
化通过磁路系统转换为电信号，从而检测接触面上的压力信号。电感式触觉传感
器的动态范围非常宽，但是体积过大，导致空间分辨率很低。此外，电感式触觉
传感器使用交流电进行信号转换，需要比较复杂的解调与信号采集电路，因此，

在实际中应用得相对少一些。20 世纪 70 年代最早的机器人触觉传感器就是电感
式的触觉传感器。它有一个 8×8 阵列组成的测头群，每个测头由一个激励线圈
提供交流电流。当与被测物接触时，测头群与被测物呈垂直状移动，从而形成与
被测物轮廓一致的分布形状。测头的位移引起感应电压，感应电压则由敏感线圈

测得 2512.4 压电式触觉传感器压电式触觉传感器是基于压电效应的传感器，是
一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受
力后表面产生电荷，经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后，产生正比于所
受外力的电信号输出，从而实现触觉检测。压电式触觉传感器具有体积小、质量

轻、结构简单、工作频率高、灵敏度、性能稳定等优点，但也存在噪声大、易受
到外界电磁干扰、难以检测静态力的缺点。聚偏二氟乙烯（PVDF）薄膜是常见
的用于触觉传感器制作的压电材料。
光电式触觉传感器。常见的光电式触觉传感器有光纤式触觉传感器和反射光

型触觉传感器，前者基于光纤的全反射原理，后者基于接触面受力变形导致反射
光变化的原理。光电式触觉传感器通常由光源和光电探测器组成，当施加在接触
面上的压力发生变化时，传感器敏感元件的光反射强度、波长、频率、偏振或相

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