【导语】电子发烧友网讯，灵巧手作为人形机器人的核心部件，其技术和应用备受关注。通过模仿人类手部结构，灵巧手实现了高灵活性，成为人形机器人精细化工作的关键。而触觉传感器的加入，更是让机器人能够感知物体材质、硬度和形状，从而精准判断抓取力度和姿态。目前，触觉传感器技术路线多样，电阻式、电容式、压电式、磁电/霍尔效应式及光电式五大类传感器各有千秋，行业发展迅速，潜力巨大。
电子发烧友网报道（文/梁浩斌）灵巧手作为人形机器人上价值量最高的部件之一，也是人形机器人实现精细化工作的关键部件。灵巧手的核心是模仿人类手部的结构，实现与人类相似的灵活性，通过多关节和多模态感知去支持完成不同任务。
灵巧手主要的驱动结构是电机和、运动关节、传动部件，这些部分决定了灵巧手的自由度，以及灵巧手实际的(de)握(wò)力(lì)。而(ér)为(wèi)了(le)让(ràng)机(jī)器(qì)人(rén)感(gǎn)知(zhī)到(dào)物(wù)体(tǐ)的(de)材(cái)质(zhì)、硬(yìng)度(dù)、形(xíng)状(zhuàng)，以(yǐ)便(biàn)于(yú)判(pàn)断(duàn)抓(zhuā)取(qǔ)力(lì)度(dù)和(hé)姿(zī)态(tài)，还(hái)需(xū)要(yào)在(zài)灵(líng)巧(qiǎo)手(shǒu)上(shàng)增(zēng)加“电子皮肤”，也就是触觉传感器。目前机器人触觉传感器的技术路线还比较分散，还未形成行业共识，但另一个角度看，这也代表这个行业仍处于高速发展期，未来增长空间潜力巨大。
目前市面上主要有五大类触觉传感器类型。
电阻式触觉传感器
电阻式是最成熟、应用最广泛的技术路线之一，核心利用压阻效应，即材料受压力后电阻发生变化，从而实现触觉感知。
电阻式触觉传感器一般由 “柔性基底 + 压阻敏感层 + 电极” 组成，当灵巧手接触物体时，压力使压阻层发生形变，导致其内部导电通路的数量或接触面积变化，进而引起电阻值改变；通过检测电阻变化量，可反推压力大小和分布。
因为技术成熟、成本相对较低，可以满足一般的压力感知需求，在工业机器人领域已经实现广泛应用。主要的厂商有汉威科技旗下能斯达、墨现科技、福莱新材等。
电容式触觉传感器
电容式是通过电容变化来实现触觉感知。柔性介质受压后极板间距或有效面积变化，引起电容值变化，可同时检测三维力。这种技术的特点是灵敏度较高，响应速度快，同时可以提供比电阻式更好的线性度。
结构上，电容式触觉传感器一般是“柔性上下电极 + 介电层” 的平行板电容结构。当施加压力时，介电层被压缩，极板间距减小，使得电容增大，通过电容的变化可以推算出压力的大小。
由于灵敏度高，在一些高端的灵巧手上，需要检测微小压力的场景中会应用到电容式传感器，比如波士顿动力、优必选等在其人形机器人灵巧手上都有应用。目前主要厂商有XELA、他(tā)山(shān)科(kē)技(jì)等(děng)。
压(yā)电(diàn)式(shì)触(chù)觉(jué)传(chuán)感(gǎn)器(qì)
压(yā)电(diàn)式(shì)是(shì)利(lì)用(yòng)压(yā)电(diàn)效(xiào)应(yīng)，即(jí)材(cái)料(liào)受(shòu)机(jī)械(xiè)应(yīng)力(lì)时(shí)产(chǎn)生(shēng)极(jí)化(huà)电(diàn)荷(hé)，输(shū)出(chū)瞬(shùn)态脉冲信号，反之受电场时产生形变的原理实现触觉感知，核心优势是无需外部电源即可实现动态力检测。当灵巧手接触物体时，压电材料受压力产生电荷，电荷经采集电路转换为电压信号，信号强度与压力大小成正比。
不过压电式有特殊的优势和缺点，在响应速度极快的同时，只能测动态/瞬态力，无法感知静态力。这是因为静态压力下电荷会随时间泄露，无法稳定检测，所以需要常与其他技术结合实现 “动静双模” 感知。
磁电/霍尔效应式触觉传感器
磁电式触觉传感器基于霍尔效应，即当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，在垂直于电流和磁场的方向上会产生附加电场，从而在半导体两端产生电势差。在触觉感知中，通过监测磁场变化来感知外力。
磁电式触觉传感器通常由金属支架、硅胶弹性体、磁石矩阵和霍尔传感器阵列组成，弹性体受压变形会改变磁石与霍尔元件的相对位置，进而使磁场强度变化，这种变化被霍尔元件检测到并转化为电流信号，通过建模可重建六维力。
它的主要特点是超高精度和灵敏度，能够识别低至 0.01N 的精细力，重复精度可达全量程 < 0.5% FS。它不仅能测量传统的六维力，还能同步捕捉接触位置、材质、温度、硬度等多种触觉信息，数据输出频率高达 1000Hz。
比如帕西尼推出的ITPU多维度触觉传感技术，就被应用到其DexH13 Gen2灵巧手上，采用了1140颗专业级机器人ITPU触觉传感单元GEN2，触觉信号多达3420路，提供1mm按压定位精度，并支持超百万次按压的工业级使用寿命。
光电式触觉传感器
这种触觉传感器是利用光学原理，如光的反射、折射、遮挡、散射等，将机械接触力或形变转化为可检测的光信号变化，再通(tōng)过(guò)光(guāng)电(diàn)探(tàn)测(cè)器(qì)将(jiāng)光(guāng)信(xìn)号(hào)转(zhuǎn)换(huàn)为(wèi)电(diàn)信(xìn)号(hào)，最(zuì)终(zhōng)实(shí)现(xiàn)触(chù)觉(jué)信(xìn)息(xi)，包(bāo)括(kuò)力(lì)、压(yā)力(lì)、接(jiē)触(chù)位(wèi)置、纹理、硬度等感知的技术路线。其核心优势在于高灵敏度、抗电磁干扰、响应速度快，且易于实现阵列化以获取空间分布触觉信息。
不过目前光电式触觉传感器还未实现大规模应用，主要原因是系统复杂，成本过高。
