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

力传感在众多领域都起着至关重要的作用，不同类型的力传感器具有各自独特的原理和应用场景。

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。与压阻效应不同，压电效应引起的是电势的变化，而非电阻的变化。

压电式力传感器具有分辨率较高、体积紧凑、测量范围大以及刚度高等特点。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量是固定的，随着时间的推移会发生泄漏，从而导致信号减弱。其应用场景包括微夹爪的抓取力传感、微创手术中的力和黏弹性特性测量、冲压机械分析以及切削力测量等。

1.2 其他类型的力传感器

除了常见的力传感器类型外，还有一些其他类型的力传感器在工业和医疗领域得到了开发和应用。
- 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，光学力传感器更加坚固，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 ：与大多数仅测量简单点力的力/扭矩传感器不同，触觉传感器能够通过与环境的物理交互提供丰富的环境信息。它不仅可以检测接触力，还能检测接触配置、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