力覺(jué)傳感器用于測量?jì)晌矬w之間作用力的三個(gè)分量和力矩的三個(gè)分量。機器人腕力傳感器發(fā)送其依次從部分的偏移(由作用力和力矩產(chǎn)生的),以測量機器人Z后一個(gè)連桿與其 端部執行裝置之間的作用力及力矩分量。

現有的力覺(jué)傳感器采用不同的變送(換能)器，如壓電元件或應變儀等。用于機器人的 理想變送器是黏結在依從部件上的半導體應力計。

1. 金屬電阻型力覺(jué)傳感器

如果將已知應變系數為 C 值的金屬導線(xiàn)(電阻絲)固定在物體表面上，那么當物體發(fā)生 形變時(shí)，該電阻絲也會(huì )相應產(chǎn)生伸縮現象。因此，測定電阻絲的阻值變化，就可知道物體的形變量，進(jìn)而求出外作用力。

將電阻體做成薄膜型，并貼在絕緣膜上使用。這樣，可使測量部件小型化，并能大批 生產(chǎn)質(zhì)量相同的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品所受的接觸力比電阻絲大，因而能測定較大的力或力矩。 此外，測量電流所產(chǎn)生的熱量比電阻絲方式更易于散發(fā)，因此允許較大的測試電流通過(guò)。

2. 半導體型力覺(jué)傳感器

在半導體晶體上施加壓力，那么晶體的對稱(chēng)性將發(fā)生變化，即導電機理發(fā)生變化，從而使電阻值也發(fā)生變化。這種作用稱(chēng)為壓電效應。半導體的應變系數可達100～200,如果 適當選擇半導體材料，則可獲得正的或負的應變系數值。此外，還研制出壓阻膜片的應變 儀，它不必貼在測定點(diǎn)上即可進(jìn)行力的測量。

也可以采用在玻璃、石英和云母片上蒸發(fā)半導體的辦法制作壓敏電子元件。其電阻溫 度系數比金屬電阻型的要大但其結構比較簡(jiǎn)單，尺寸小，靈敏度高，因而可靠性很高。

3. 其他力覺(jué)傳感器

除了金屬電阻型和半導體型力覺(jué)傳感器外，還有磁性、壓電式和利用弦振動(dòng)原理制作 的力覺(jué)傳感器等。

當鐵和鎳等強磁體被磁化時(shí)，其長(cháng)度將變化，或產(chǎn)生扭曲現象；反之，強磁體發(fā)生應 變時(shí)，其磁性也將改變。這兩種現象都稱(chēng)為磁致伸縮效應。利用后一種現象，可以測量力 和力矩。應用這種原理制成的應變計有縱向磁致伸縮管等。它可用于測量力，是一種磁性 力覺(jué)傳感器。 如果將弦的一端固定，而在另一端加上張力，那么在此張力作用下，弦的振動(dòng)頻率發(fā) 生變化。利用這個(gè)變化就能夠測量力的大小，利用這種弦振動(dòng)原理也可制成力覺(jué)傳感器。

4. 轉矩傳感器

在傳動(dòng)裝置驅動(dòng)軸轉速 n 、功 率 P 及轉矩 T 之間，存在有ToP/n 的關(guān)系。如果轉軸 加上負載，那么就會(huì )產(chǎn)生扭力。測量這一扭力，就能測出轉矩。

軸的扭轉應力以Z大45°角的方式在軸表面呈螺旋狀分布。如果在其Z大方向(45°)安 裝上應變計，那么此應變計就會(huì )產(chǎn)生形變。測出該形變，即可求得轉矩。

圖6-10表示一個(gè)用光電傳感器測量轉矩的實(shí)例。將兩個(gè)分割成相同扇形隙縫的圓片 安裝在轉矩桿的兩端，軸的扭轉以?xún)蓚�(gè)圓片間相位差表現出來(lái)。測量經(jīng)隙縫進(jìn)入光電元件的光通量，即可求出扭轉角的大小。采用兩個(gè)光電元件，有利于提高輸出電流，以便直接 驅動(dòng)轉矩顯示儀表。

5. 腕力傳感器

作為例子，國際斯坦福研究所(SRI) 設計的手腕力覺(jué)傳感器如圖6- 11所示。它由六個(gè) 小型差動(dòng)變壓器組成，能測量作用于腕部x 、y 和 z 三個(gè)方向的力及各軸的轉矩。

力覺(jué)傳感器裝在鋁制圓筒形主體上。圓筒外側由八根梁支撐，手指尖與腕部連接。當 指尖受到力時(shí)，梁受其影響而變彎曲。從黏附在梁兩側的八組應力計(R, 與 R₂ 為 一 組)測 得的信息，就能夠算出加在 x 、y 和 z 軸上的分力以及各軸的分轉矩。