只裝有攝像頭和加速計的機(jī)器人不能夠采集到表面的質(zhì)地信息、量化觸感的物理力量或獲得關(guān)于其動作和關(guān)節(jié)方位的本體感知反饋。這種缺乏觸覺感應(yīng)的問題嚴(yán)重制約了機(jī)器人在多變環(huán)境里進(jìn)行自適應(yīng)移動、精細(xì)操控物品和安全應(yīng)對肢體接觸的各項能力。通過利用壓力感應(yīng)器，我們能夠為機(jī)器人提供關(guān)鍵的觸覺反饋以提升其性能。不斷地監(jiān)控機(jī)器人的關(guān)節(jié)和執(zhí)行器中的氣體和液體壓力，有助于機(jī)器人對其自身運(yùn)動和扭矩應(yīng)用情況具有更好的本體感知。

依靠這種反饋信息，高級的運(yùn)動控制成為可能，也能有針對性地調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)力量。通過在機(jī)器人表面附加一組可調(diào)節(jié)的柔性壓力傳感器，能夠創(chuàng)造出人造觸覺系統(tǒng)。這種類似于皮膚的壓力感測層能識別和圖示來自觸碰、人與機(jī)器的互動或是意外碰撞產(chǎn)生的外界力量，使得機(jī)器人有能力做出相應(yīng)的反應(yīng)。只要將足量的壓力感應(yīng)數(shù)據(jù)融合到控制系統(tǒng)中，機(jī)器人便能展現(xiàn)出接近人類的靈活性和適應(yīng)力。觸覺壓力反饋技術(shù)使得機(jī)器人在工業(yè)環(huán)境中與人類工作伙伴安全、流暢地合作成為可能。

在醫(yī)療保健、國防、災(zāi)難響應(yīng)和太空探索等盲目自動化不足的高風(fēng)險環(huán)境中，機(jī)器人技術(shù)也大有可為。

壓力傳感器在機(jī)器人技術(shù)中的應(yīng)用

壓力傳感器在現(xiàn)代機(jī)器人技術(shù)中發(fā)揮著重要作用，但其價值往往被低估。壓力傳感器可對內(nèi)部氣動和液壓壓力、外力和環(huán)境條件進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。這為機(jī)器人提供了重要的反饋，以加強(qiáng)內(nèi)部監(jiān)控、靈巧運(yùn)動控制、環(huán)境交互和觸覺感應(yīng)。

一個重要的應(yīng)用是本體感覺傳感，即利用關(guān)節(jié)內(nèi)部的壓力測量來計算施加的扭矩和力。這種關(guān)于機(jī)器人運(yùn)動和負(fù)載的信息可以實現(xiàn)更精確的控制，大大提高操縱能力和穩(wěn)定性。

肌腱驅(qū)動機(jī)器人設(shè)計使用壓力傳感器測量肌腱張力，這與關(guān)節(jié)處產(chǎn)生的力直接相關(guān)。更傳統(tǒng)的機(jī)器人技術(shù)則是安裝傳感器來測量關(guān)節(jié)壓力差并推斷扭矩。

液壓機(jī)械臂示例

一些先進(jìn)的系統(tǒng)利用直接應(yīng)用于機(jī)器人關(guān)節(jié)的超微型 MEMS 壓力傳感器來提供高分辨率的本體感覺反饋。這種壓力感應(yīng)方法可與生物本體感覺相媲美，使機(jī)器人能夠感知自身的運(yùn)動和負(fù)載狀況。

同樣，將壓力傳感器集成到機(jī)器人外部表皮中，可提供有關(guān)接觸力的觸覺反饋。帶有多個獨(dú)立壓力傳感器的大型傳感器陣列可幫助繪制整個機(jī)器人身體的力分布和大小。這種陣列可使機(jī)器人對身體接觸做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，包括輕柔的觸摸或破壞性的碰撞。這些觸覺皮膚系統(tǒng)利用可適應(yīng)的柔性壓力傳感器矩陣，為機(jī)器人提供復(fù)雜的環(huán)境感知和類似人類的觸覺。