3、力传感、接触物体建模与力位控制技术解析

力传感、接触物体建模与力位控制技术解析

1. 力传感技术

力传感在许多领域都有着重要的应用，常见的力传感器类型多样，各有特点。

1.1 压电式力传感器

压电式力传感器由压电材料制成，当受到机械应力时，压电材料会产生电荷。一旦压电材料被拉伸或压缩，就会产生电荷，这些电荷会被传感器之间的电极收集。与压阻效应（外力作用导致电阻变化）不同，压电效应引起的是电势变化。

压电式力传感器具有分辨率较高、尺寸紧凑、测量范围大、刚度高等特点。不过，它主要用于瞬态或动态力的测量，而非稳态或静态力的测量。这是因为稳态或静态力产生的电荷是固定量，会随时间泄漏，导致信号减弱。其应用场景包括微夹爪的抓握力传感、微创手术中的力和粘弹性特性测量、冲压机械分析、切削力测量等。

1.2 其他力传感器

除了上述常见的力传感器类型，还有一些其他类型的力传感器在工业和医疗应用中得到了开发和使用。
- 光学力传感器 ：基于光的变化来测量力，主要由发射器（光源）、光探测器和反射板组成。当力施加在反射板上时，反射板会发生位移或变形，从而影响反射到探测器的光强度。与机械力传感器相比，光学力传感器更坚固，因为变形表面和传感元件在物理上是分离的。此外，它还具有静态和动态测量的高空间分辨率、良好的可靠性和高重复性等特点。
- 触觉传感器 ：与大多数仅测量基于点的简单力的力/扭矩传感器不同，触觉传感器能从与环境的物理交互中提供丰富的环境信息，可用于检测接触力、接触配置、滑动和物体几何形状等。触觉传感器根据其制造材料和传感原理进行区分，在不同的触觉传感系统中，采用了各种触觉传感