【導讀】模擬觸覺傳感器是一種柔順器件，它的輸出正比于局部力。圖6. 18所示，為這種器件的一 種最簡單的結構:一個彈簧加力桿與一個轉(zhuǎn)軸相連，由于橫向力引起的彈簧位移導致轉(zhuǎn)軸成比 例地旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)角可用電位計連續(xù)測董，或用碼盤作數(shù)字式測量。根據(jù)彈簧的彈性系數(shù)，便可求得 與位移相應的力。
過去幾年中;人們花費了很多精力開發(fā)蝕覺陣列，這種陣列能獲得比單個傳感器更大區(qū)域 的觸覺信息，圖6. 19說明了這種器件的應用，圖中示出了一個機械手，在每個手指的內(nèi)表面都 復蓋了觖覺陣列.機械手外表商的傳感片是典型的二值器件,其功能已在6. 4.1節(jié)的結尾做了
雖然傳感陣列可由若干審個傳感器組成，但處理這一問題的最好方法暈構成一個由甩極 組成的陣列，電極與柔性導電材料(例如石墨基物質(zhì))保持電器接觸，導電材料的電阻隨力而 變化。這種器件往往稱為人造皮膚.當物體壓在其表面上時，將引起局部變形*測出連續(xù)的電阻變化，就可測量埼部變形，電阻的改變很容易轉(zhuǎn)換成電信號，其幅值正比于施加在材料表面上某一點的力。
圖6.20給出了構成人造皮膚的幾種基本方法，圖6. 20a所示的方案基于“窗U”概念，特點 是在公共底板和電極陣列之間夾著導電材料，電極陣列蝕刻在一塊玻璃纖維印刷電路板上。每 個電極是一矩形區(qū)域(因此稱為窗口 )，該區(qū)域便構成一個觸點。從公共底板流向每個電極的電 流是導電材料所受壓力的函數(shù)。
圖6.20b所示的方法中，窄長的電極對和用大規(guī)模集電歸技術制怍的有源電路廠起放在同一基片上導電材料位乎_片的上面，除與電極相通，與基片的故它部分是絕緣的。測量由于材料受壓而引起的電阻變化，并由電極對之間的有源電路轉(zhuǎn)換成電信
圖6. 20c此所示為另一神可技的方法七這種方法中，導電材嵙位于龠畢直相交的細直韌性 電極硨列之間。中間用導電材嵙隔開的每個交點便是一個敏感點?？捎萌缦路椒y量由于材料受壓而引起的電阻變化:激勵一個陣列的電極(每次一個電極):，然后測量流過另一陣列單元的電流。每個單元上電流的幅值正比干該單元和受激單元間材料所受的壓力。
最后，因6. 20d所示方案需要使用一種各向異性的導電材料。這珅材料具有單向?qū)щ姵中?。這種傳感器由位于底板上的細$形電極的線狀陣列所構成導電材料位于該陣列上面，導 電方向垂直于電板并且用一網(wǎng)狀物將導電材料與電極分開，以保證在沒有外力怍用時它們之 間甲互相接觸。隨著力的增大，接觸面積也增大，使得電阻降低。號圖6.20c所示方法一樣，一 個陣列由外部激勵并測量另一陣列產(chǎn)生的電流.應當指出,觸覺靈敏度取擇于隔離用網(wǎng)狀物的厚度
圖6.20c和d所示的方法需要依次激廊其中一個陣列的元素，這種方法通常會產(chǎn)生一困難問題，即由于改變電流路徑會引起“交叉”感應,使得對復雜的接觸模式所輸出的信號難以作出準確的解釋。解決此問題的一種方法是、在每個交叉點處放一個二極管以消除流經(jīng)其它路徑 的電流。另一種方法是除了被激勵的單元外，將所有其它路徑接地。逐個掃描接收陣列的路徑，我們基本上可以“看”到每個單元交叉點所起的作用。
到此為止，所討論的各種觸覺傳感器都涉及到測量垂直于傳感表面的外力。測量切向運 動，以確定是否有滑動，是觸覺傳感器另一重要應用。在結束本節(jié)前，我們簡要地介紹Bejczy [1980]所建議的用檢測滑動方向和大小的一神方法.圖6. 21所示的器件包括一個表面有凹陷可自由運動的小球，它可以使一個固定在導電盤軸上的細桿偏斜。在導電盤下均勻地放置若干電觸點，物體在球上滑動將導致球的旋轉(zhuǎn)，而球的旋轉(zhuǎn)則會使細桿和圓盤以一定頻率振動, 該頻率正比于球的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動的方向確定哪個觸點與振動的圓盤接觸,相應的電路產(chǎn)生脈沖，分析得到的信號就可確滑動的平均方向 "
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