【原创【�/font>人形机器人如何实现触觉感知？一文了解十种触觉传感器

中国粉体网讯随着智能控制技术的发展，人形机器人在工业制造、医疗服务等领域的应用将日益广泛，相较于仅依赖视觉或力觉信息的操控系统，触觉感知为其提供了更贴近人类操作方式的反馈机制，特别是在柔性物体处理、接触状态判断、微小力控制等精细操纵场景中，触觉感知展现出不可替代的优势、�/p>

触觉传感器起源于上世�?0年代，早期主要研究的是非视觉触觉传感器，例如压阻式和电容式传感器�?000年后，视觉触觉传感器逐渐兴起，GelSight、TacTip等传感器先后问世，开启了高分辨率触觉感知的新时代、�/p>

机器人触觉传感器发展时间�?nbsp;来源：《机器人操纵的触觉感知技术综述》（胡俊等）

非视觉触觉传感器

非视觉触觉传感器基于多种物理特性（如电阻、电容、压电、超声波等）将外部接触力转换为电信号，具有结构紧凑、响应速度快等特点，广泛应用于机器人手指、手掌等接触部位的分布式感知、�/p>

压阻式触觉传感器９�/strong>压阻式触觉传感器利用材料的压阻效应，将力学刺激转换为电信号，实现对接触力的检测。最典型结构是在两个电极之间夹一层压敏电阻材料，如导电橡胶、碳纳米管复合材料等。在外界接触力作用下，压敏电阻材料形变会引起电阻值改变，通过测量电阻值变化即可得到外界接触力分布、�/p>

压阻式触觉传感器 来源：福莱新杏�/p>

电容式触觉传感器９�/strong>电容式触觉传感器的工作原理，是借助外界作用力改变电极间距或介质的介电参数，进而引发电容值变化，以此实现对接触状态的精准感知、�/p>

在典型结构设计中，研究人员会在柔性基底材料下方布设交叉电极阵列，通过电极间的相对排布形成大量微型电容单元。当传感器表层的柔性材料受到压力发生形变时，与之对应的微型电容单元的电极间距或介电环境会产生改变，最终表现为电容值的波动。通过检测并分析这些电容值的变化数据，即可精确获取压力的分布情况、�/p>

基于柔性EIPG电极的电容式触觉传感� 来源：Chen.Electron-Induced Perpendicular Graphene Sheets Embedded Porous Carbon Film for Flexible Touch Sensors

压电式触觉传感器９�/strong>压电触觉传感器是一种基于压电效应的传感器，当感受到外力作用时，材料内部会发生电极化现象，从而产生电信号。以锆钛酸铅（PZT）为代表的压电材料因其高灵敏度和快速响应等优点，被广泛应用于触觉传感器中。这种传感器在智能设备、医疗健康和人机交互等领域有着重要的应用、�/p>

电磁式触觉传感器９�/strong>电磁式触觉传感器通过检测磁场变化来测量接触力。其常见结构是将小型磁体嵌入柔性材料内，并在柔性材料下方设置阵列霍尔传感器或磁阻传感器，当柔性材料受力产生形变时，内嵌的磁体发生移动通过检测磁场强度变化，可推算出外界接触力的大小和方向、�/p>

光纤式触觉传感器９�/strong>光纤式触觉传感器基于外界扰动引起光在光纤中传输特性变化的原理，通过监测光强、相位或波长等光学参数的变化，实现对外界接触力的感知。其常见的测量方法包括光强调制式、光纤布拉格光栅式和干涉式等。其中，光纤布拉格光栅传感器将光栅刻写在光纤中，当外界接触力作用导致光纤应变时，光栅的反射光波长会发生偏移，通过测量该波长变化值可测算出接触力的大小、�/p>

流体式触觉传感器９�/strong>流体式触觉传感器通过测量封闭流体压力的变化来推断外界接触力。其典型设计是在柔性橡胶囊或机器人手指内部充填不可压缩的液体，并安装压力传感器，当外界接触力压迫柔性橡胶囊或机器人手指时，其内部压力升高，传感器读数改变，由此可计算出外界接触力、�/p>

视觉触觉传感�?/span>

视觉触觉传感器视觉触觉传感器通过在柔性介质内嵌入相机或其他成像单元，记录柔性介质与物体接触时表面产生的形变图像，再由计算机视觉算法提取力学信息。该类传感器通常由柔软的触觉表皮、内部标记物或特殊光学结构、照明光源和相机组成、�/p>

GelForce传感器：GelForce是由日本早稻田大学团队等提出的，其原理是在柔软凝胶内部嵌入两层正交排列的彩色标记点矩阵，并用双摄像头拍摄凝胶受压后的标记点位移，通过弹性力学模型将位移场转换为受力分布。GelForce传感器能够测量接触表面的内剪切力和法向压力，对微小位移的检测精度可达微米量级，能够实时输出接触区域内稠密的三维力向量分布，为触觉感知提供了丰富信息、�/p>

GelSight传感器：GelSight是由麻省理工学院Adelson团队提出的一款视觉触觉传感器。其采用一层透明柔性硅胶作为触觉介质，且背面涂有金属反光膜，当按压硅胶表面时，内置相机在LED照明下拍摄反光膜表面的形变图像，并重构接触面的高度图像和纹理细节，实现对接触形状与力分布的高分辨率感知。早期的GelSight传感器已能够对硬币表面的微小浮雕字样成像，分辨精度可达数十微米级。此后，GelSight传感器不断改进衍生，其设计也被开源，用于广泛研究、�/p>

GelSight传感�?nbsp;来源：GelSight Inc

FingerVision传感器：FingerVision是由卡耐基梅隆大学提出的一款视觉触觉传感器。其在透明柔性指套上布满随机彩色点纹理，通过内部鱼眼相机实时观察指套的表面形变，当指套与物体接触滑动时，相机捕捉彩色点位移，从而估计剪切力和滑移。FingerVision传感器还可以附加细长的柔性触须，用于感知极轻微的触碰，传感范围扩展到尚未接触但非常接近的情形。其构造简单、成本低廉，已在机器人多指抓取、绳索操纵等任务中展示了有效的触觉感知能力、�/p>

FingerVision传感�?nbsp;来源：FingerVision

TacTip传感器：TacTip是由英国布里斯托尔大学Lepora等设计的系列软体光学触觉传感器。TacTip传感器的结构为柔软空心橡胶指尖内表面布满乳突状的锥形凸起，作为人工乳突或标记点，内部安装相机和LED，当指尖与物体接触时，乳突阵列会发生形变和位移，内部相机捕捉这些运动，通过图像处理即可得到接触位置、法向力及切向力的信息。其在检测物体边缘位置时精度可达亚毫米级。TacTip传感器采�?D打印制造，结构坚固且易于定制，已被用于机器人手触觉探索、轮廓跟踪、盲文读取等场景、�/p>

参考来溏�

各企业官罐�/p>

胡俊.机器人操纵的触觉感知技术综�?/p>

Chen.Electron-Induced Perpendicular Graphene Sheets Embedded Porous Carbon Film for Flexible Touch Sensors

(中国粉体网编辑整�?月明)

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