2.3.2　压阻式触觉传感器

压阻式触觉传感器的工作原理是基于敏感材料的压阻效应——某些材料在受到外力的作用时，由于外部形态或内部结构的变化，导致材料的电阻值发生相应变化。一般来说，材料的电阻值变化与所受外力之间具有某种确定的数学关系。1954年C.S.史密斯详细研究了硅材料的压阻效应，从此研究者开始利用硅材料来研制压力传感器。研究发现，硅材料的压阻效应灵敏度是金属应变计（电阻应变计）的50～100倍，更适用于作为压力传感器的敏感材料。

韩国的研究者利用MEMS集成技术制作了一种基于硅压阻效应的三维力触觉阵列传感器^［9］，研究者利用MEMS工艺在硅薄膜的边缘制作了四个压阻体，每个压阻体均可作为独立的应变计。当有外力作用在传感器上时，硅薄膜发生形变，四个压阻体的电阻值会随之变化，根据硅材料的阻值与压力间的确定关系，通过检测阻值的变化量即可获知作用在传感器上的三维力信息。该传感器具有良好的线性响应和较高的灵敏度，已被成功应用在机器人灵巧手爪上。

中科院智能机械研究所的梅涛等人同样利用MEMS技术制作了能够检测三维力的触觉传感器阵列^［10］，该传感器除了能够检测接触压力的分布和大小之外，还可以获知滑动的趋势和发生等多种信息。传感器阵列由敏感单元、传力柱、橡胶层、保护阵列和基板等组成，其结构如图2-7（a）所示。其中，敏感单元是传感器系统中最关键的构件，设计成方形的E型膜结构，作用在膜上的三维力所产生的应变由三组集成在E型膜上的力敏电阻所构成的检测电路检出。传感器阵列共包括32个敏感单元，按4×8的阵列排布。

一般而言，基于硅压阻效应的触觉传感器具有如下优点：①频率响应高，某些传感器的固有频率可达1.5MHz以上，适用于动态测量的场合；②体积小，有利于触觉传感器的微型化发展；③测量精度高，误差可低至0.1%～0.01%；④灵敏度高，是一般金属应变计的几十倍；⑤可以在振动、腐蚀、强干扰等恶劣环境下工作。但是，该类型的传感器同时也存在受温度影响较大、制作工艺较复杂以及造价高等缺点。

除了以上介绍的几种压阻式触觉传感器之外，随着材料科学的不断发展，越来越多的研究者注意到了导电橡胶材料的良好压阻特性，并利用该材料来研制柔性化的触觉传感器阵列，导电橡胶的压阻特性等内容在第3章中将给出详细的介绍。