机器人电子皮肤-触觉传感器 五大技术方向

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，以及灵巧手实际的握力。而为了让机器人感知到物体的材质、硬度、形状，以便于判断抓取力度和姿态，还需要在灵巧手上增加“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、他山科技等。

• 压电式触觉传感器

压电式是利用压电效应，即材料受机械应力时产生极化电荷，输出瞬态脉冲信号，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，再通过光电探测器将光信号转换为电信号，最终实现触觉信息，包括力、压力、接触位置、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。