触觉传感器功能及分类有哪些？

基于不同的工作原理，可以将触觉传感器分为压阻式、电容式、压电式、光学式和磁触觉感知式等。

1.触觉传感器功能：信息识别-纹理感知和单/多维力的读取

1）信息识别-Step 1：纹理感知。通过纹理可以反映接触表面材料的属性和制造工艺，将信息反馈给算法计算层，实现对物体的识别。 2）信息识别-Step 2：力的读取。力的读取分为单维触觉传感功能（垂直于表面的接触信息）和三维触觉传感能力（精准测量xyz三个方向作用力，即法向力+切向力）。 其中： 单次触摸基于压力分布或接触面积来测量纹理，优点是简单直观；缺点在于测量区域局限，不利于大面积或长距离测量，以及较难获取纹理微观结构的形状特征和高度信息。 滑动触摸：优点是相较单次触摸能够获取更多测量参数，可以测量的参数包括：仅测量合力（法向力和摩擦力的总和）、仅测量法向力（压力）、仅测量摩擦力（沿切线方向作用的力）、解耦的法向力+摩擦力。目前的难点在于缺乏法向力和摩擦力的解耦方法等。

2.触觉传感器分类：基于压阻原理的柔性触觉传感器

原理：压阻式柔性触觉传感器是一种将机械信号转换为电信号的压力传感器，工作原理主要依靠材料的压阻效应，工作机制主要有以下三种：1）材料电阻率的变化；2）接触电阻的变化；3）复合材料中的量子隧穿效应。 分层构成：活性层（弹性导体/半导体层）+两个电极，因此，通过调整材料种类、用量和活性层微观结构可以实现不同性能的压阻式压力传感器。其中： 每层的材料选择：金属基材料（金属纳米线）、碳纳米材料（碳纳米管、石墨烯等）和导电聚合物、水凝胶等功能材料。微观结构：可采用带状/波浪状/3D螺旋形/网格/蛇形或导电织物的独特分层纤维结构，如石墨烯纺织物等。

触觉传感器分类：基于电容原理的柔性触觉传感器

原理：将机械刺激转化为电容变化，感测性能随电介质层材料变形面积或厚度变化。 分层结构：由两端的导电极板和中间的介质层组成，通过固定计算公式C=ɛr×ɛo×（A /d），其中A是电容器的极板面积，d是两个分离的电极之间的距离，向垂直于电极的方向施加力后，d变化从而导致电容变化；此外，灵敏度受接触面积限制，随器件尺寸的减小迅速下降。 材料选择：碳基材料，水凝胶材料，金属基材料以及一些天然材料（花朵、叶子等植物材料）等。 微型结构：开发出了不同的电介质材料，如织物，孔隙，微圆柱，金字塔，微球，珠和针等。

触觉传感器分类：搭配相机的光学传感器Gelsight方案

GelSight 传感器的方案：可以采用内置相机和外置软凝胶弹性体的方案，基于光度立体法原理，识别纹理表面对软弹性体压缩所引起的形态变化。目前采用该方案的灵巧手制造商有帕西尼感知和智元机器人等。智元机器人视触觉感知方案：采用MEMS触觉感知+视触觉感知技术，触觉感知技术可以反馈物体接触的压力、形状、纹理等信息。

触觉传感器分类：基于磁感原理的柔性触觉传感器

相较于前文所述，压电式、压阻式等平面分布式阵列传感器是由单类型或多类型的传感器组成的平面分布式阵列，存在的共同缺点为：1）可以获取的数据维度有限；2）搭载多种类型传感器容易导致结构复杂、集成度低；3）采集到的不同模态触觉信息存在时间空间不匹配的时滞性问题。搭载霍尔传感器的磁性传电子皮肤可以解决这一问题：全表面连续感知+分层式结构，在一个感知层上实现两种异质的触觉信息的同时收集，提高集成度，减少时间和空间上的时滞差。磁性电子皮肤的原理：在形变性能良好的弹性材料中混入磁性微粒，与被感知对象进行触觉接触时，弹性材料会发生形变使得磁性微粒发生位移，内部磁场发生独特变化，实现全表面连续感知，可以通过在弹性材料下方均匀排布的5个霍尔传感器，感知3个维度的磁场变化。