電子裝置組裝與結構

[拼音]：chujue chuanganqi

[英文]：tactile sensor

用於機器人中模仿觸覺功能的感測器。觸覺是人與外界環境直接接觸時的重要感覺功能，研製滿足要求的觸覺感測器是機器人發展中的技術關鍵之一。隨著微電子技術的發展和各種有機材料的出現，已經提出了多種多樣的觸覺感測器的研製方案，但目前大都屬於實驗室階段，達到產品化的不多。觸覺感測器按功能大致可分為接觸覺感測器、力－力矩覺感測器、壓覺感測器和滑覺感測器等。

接觸覺感測器

用以判斷機器人(主要指四肢)是否接觸到外界物體或測量被接觸物體的特徵的感測器。接觸覺感測器有微動開關、導電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動復位式裝置等型別。

（1）微動開關：由彈簧和觸頭構成。觸頭接觸外界物體後離開基板，造成訊號通路斷開，從而測到與外界物體的接觸。這種常閉式（未接觸時一直接通）微動開關的優點是使用方便、結構簡單，缺點是易產生機械振盪和觸頭易氧化。

（2）導電橡膠式：它以導電橡膠為敏感元件。當觸頭接觸外界物體受壓後，壓迫導電橡膠，使它的電阻發生改變，從而使流經導電橡膠的電流發生變化。這種感測器的缺點是由於導電橡膠的材料配方存在差異，出現的漂移和滯後特性也不一致，優點是具有柔性。

（3）含碳海綿式：它在基板上裝有海綿構成的彈性體，在海綿中按陣列布以含碳海綿。接觸物體受壓後,含碳海綿的電阻減小,測量流經含碳海綿電流的大小，可確定受壓程度。這種感測器也可用作壓力覺感測器。優點是結構簡單、彈性好、使用方便。缺點是碳素分佈均勻性直接影響測量結果和受壓後恢復能力較差。

（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。接觸外界物體時碳素纖維受壓與電極接觸導電。優點是柔性好，可裝於機械手臂曲面處，但滯後較大。

（5）氣動復位式：它有柔性絕緣表面，受壓時變形，脫離接觸時則由壓縮空氣作為復位的動力。與外界物體接觸時其內部的彈性圓泡(鈹銅箔)與下部觸點接觸而導電。優點是柔性好、可靠性高，但需要壓縮空氣源。

力－力矩覺感測器

用於測量機器人自身或與外界相互作用而產生的力或力矩的感測器。它通常裝在機器人各關節處。剛體在空間的運動可以用 6個座標來描述，例如用表示剛體質心位置的三個直角座標和分別繞三個直角座標軸旋轉的角度座標來描述。可以用多種結構的彈性敏感元件來敏感機器人關節所受的 6個自由度的力或力矩，再由貼上其上的應變片（見半導體應變計、電阻應變計）將力或力矩的各個分量轉換為相應的電訊號。常用彈性敏感元件的形式有十字交叉式、三根豎立彈性樑式和八根彈性樑的橫豎混合結構等。圖2中為豎樑式 6自由度力感測器的原理。在每根樑的內側貼上張力測量應變片，外側貼上剪下力測量應變片，從而構成 6個自由度的力和力矩分量輸出。

壓覺感測器

測量接觸外界物體時所受壓力和壓力分佈的感測器。它有助於機器人對接觸物件的幾何形狀和硬度的識別。壓覺感測器的敏感元件可由各類壓敏材料製成，常用的有壓敏導電橡膠、由碳纖維燒結而成的絲狀碳素纖維片和繩狀導電橡膠的排列面等。圖3是以壓敏導電橡膠為基本材料的壓覺感測器。在導電橡膠上面附有柔性保護層，下部裝有玻璃纖維保護環和金屬電極。在外壓力作用下，導電橡膠電阻發生變化,使基底電極電流相應變化,從而檢測出與壓力成一定關係的電訊號及壓力分佈情況。通過改變導電橡膠的滲入成分可控制電阻的大小。例如滲入石墨可加大電阻，滲碳、滲鎳可減小電阻。通過合理選材和加工可製成高密度分散式壓覺感測器。這種感測器可以測量細微的壓力分佈及其變化，故有人稱之為“人工面板”。