其他環(huán)境互動(dòng)裝置利用壓差傳感器檢測(cè)碰撞。通過測(cè)量充滿液體的氣囊內(nèi)的壓力波動(dòng)，傳感器可用于檢測(cè)即將發(fā)生的撞擊，并幫助啟動(dòng)支撐動(dòng)作。這種碰撞感應(yīng)技術(shù)也適用于缺乏堅(jiān)固框架的軟體機(jī)器人。通過控制接觸力，壓力傳感器可進(jìn)一步幫助機(jī)器人在與人類發(fā)生碰撞時(shí)做出安全反應(yīng)。內(nèi)部壓力傳感器可監(jiān)控實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)。壓力的異常下降可以檢測(cè)到泄漏，并在完全失靈前及時(shí)進(jìn)行維修。利用壓差原理的流量傳感器可以監(jiān)測(cè)泵和馬達(dá)的運(yùn)行情況。當(dāng)機(jī)器人上升或下降時(shí)，還能通過壓力差檢測(cè)到高度和海拔的變化。這種感官反饋支持可靠而穩(wěn)定的移動(dòng)。

此外，如果機(jī)器人在室外或苛刻的環(huán)境中工作，壓力感應(yīng)還可使其不受天氣影響。

在機(jī)器人體內(nèi)安裝帶有防水膜的微型機(jī)械壓力傳感器，可以在任何電氣元件損壞之前迅速檢測(cè)到雨水或洪水的侵入。隨后，機(jī)器人可采取行動(dòng)保護(hù)內(nèi)部組件或發(fā)出求助信號(hào)。

技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)進(jìn)步

幾項(xiàng)重大技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)了壓力傳感技術(shù)在機(jī)器人內(nèi)部更廣泛、更強(qiáng)大的應(yīng)用。 微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)制造允許使用高分辨率且極其緊湊的壓差傳感器，這些傳感器可以本體感知方式集成到機(jī)器人關(guān)節(jié)和執(zhí)行器中。

例如，Superior Sensor Technology 的基于 MEMS 的壓力傳感器集成了先進(jìn)的功能，包括先進(jìn)的數(shù)字濾波、閉環(huán)控制和基于軟件的壓力開關(guān)。

這些傳感器完全集成，可提供精確運(yùn)動(dòng)控制和靈巧物體操縱能力所需的基本內(nèi)部扭矩和力反饋。

用量子隧道復(fù)合材料、石墨烯或其他納米材料印刷的柔性壓力傳感器陣列還可以將舒適且可拉伸的電子皮膚層包裹在機(jī)器人結(jié)構(gòu)周圍。注入納米管的乳膠等材料可生產(chǎn)出可以在復(fù)雜的關(guān)節(jié)和表面上拉伸的傳感器皮膚。

這種使用柔性印刷傳感器的人工觸覺可以在整個(gè)機(jī)器人身體上實(shí)現(xiàn)具有高空間分辨率的密集壓力映射。類皮膚的精確跟蹤允許在協(xié)作工作空間中與人類進(jìn)行安全的檢測(cè)、反應(yīng)和交互。

具有靈活壓力傳感陣列的機(jī)器人手

在數(shù)據(jù)處理方面，可以使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，利用傳感器陣列的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)來優(yōu)化控制和響應(yīng)。

計(jì)算模型使用來自本體感覺和觸覺傳感器的壓力模式來通知反射反應(yīng)和操縱器運(yùn)動(dòng)。例如，一項(xiàng)研究利用壓力輸入的強(qiáng)化學(xué)習(xí)來訓(xùn)練機(jī)器人手臂具有先進(jìn)的靈巧操作技能，例如在手掌中滾動(dòng)球。

采用流體彈性體技術(shù)的新型軟執(zhí)行器和夾具在很大程度上依賴于監(jiān)測(cè)整個(gè)結(jié)構(gòu)的壓力以實(shí)現(xiàn)精確控制和反饋。

這些帶有集成壓力傳感器的氣動(dòng)軟機(jī)器人執(zhí)行器可用于平滑地貼合抓取的物體。這項(xiàng)技術(shù)可以在共享工作空間中實(shí)現(xiàn)更安全的物理人機(jī)協(xié)作，而在共享工作空間中使用傳統(tǒng)的剛性機(jī)器人會(huì)帶來太大的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著這些各種創(chuàng)新的進(jìn)展，壓力傳感有望成為嵌入未來機(jī)器人技術(shù)（從工業(yè)自動(dòng)化到醫(yī)療設(shè)備）的重要集成反饋模式。我們開始了解由人工觸摸感應(yīng)實(shí)現(xiàn)的響應(yīng)式、自適應(yīng)機(jī)器人技術(shù)的潛力。

未來的機(jī)器人：類人觸覺感知

隨著壓力傳感器技術(shù)和集成的不斷發(fā)展，具有人工觸摸傳感功能的機(jī)器人的使用將改變?cè)S多領(lǐng)域：

類人的靈活性：有了足夠的觸覺壓力數(shù)據(jù)，機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)非常類似人類的靈活性，高精度地操縱各種重量、紋理和形狀的物體。這種靈活性將推進(jìn)制造、倉(cāng)儲(chǔ)、手術(shù)等領(lǐng)域的自動(dòng)化。

危險(xiǎn)環(huán)境操作：壓力傳感耐用機(jī)器人可以執(zhí)行高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)，例如采礦、深?？碧健?zāi)難響應(yīng)和太空任務(wù)，這些任務(wù)中人類直接參與是危險(xiǎn)的。壓力數(shù)據(jù)可以幫助機(jī)器人做出反應(yīng)和適應(yīng)。

無縫人類協(xié)作：超靈敏壓力皮膚將使未來的機(jī)器人能夠與人類同事安全、無縫地協(xié)作。壓力反饋可抑制物理交互過程中有害的接觸力。

智能基礎(chǔ)設(shè)施：覆蓋壓力傳感皮膚的機(jī)器人檢查員可用于監(jiān)控風(fēng)力渦輪機(jī)、石油管道、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施。壓力數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)任何正在發(fā)生的故障。

醫(yī)療應(yīng)用：觸覺壓力傳感將促進(jìn)機(jī)器人手術(shù)、假肢、康復(fù)和輔助機(jī)器人技術(shù)的突破，其中與人類的安全交互至關(guān)重要。

隨著成本的降低和集成的進(jìn)步，觸覺壓力傳感可能會(huì)與視覺、位置和慣性傳感一起成為先進(jìn)機(jī)器人的標(biāo)準(zhǔn)模式。壓力傳感使未來有能力、有用的機(jī)器人可以在動(dòng)態(tài)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境中與人類一起高效、安全地運(yùn)行。

結(jié)論

壓力傳感器為機(jī)器人提供了關(guān)鍵功能，包括用于響應(yīng)交互的觸覺傳感和用于靈巧操作的本體感覺。持續(xù)監(jiān)測(cè)內(nèi)部液壓、外部接觸力和環(huán)境條件提供壓力數(shù)據(jù)，使機(jī)器人能夠以類似人類的靈敏度移動(dòng)、處理物體和響應(yīng)物理刺激。柔性印刷陣列、MEMS 傳感器和機(jī)器學(xué)習(xí)集成的持續(xù)發(fā)展將促進(jìn)多模式機(jī)器人感知和無縫人類協(xié)作方面的突破。隨著成本的降低，壓力傳感顯示出將標(biāo)準(zhǔn)反饋模式集成到醫(yī)療、工業(yè)、輔助、危險(xiǎn)環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控應(yīng)用的未來機(jī)器人設(shè)計(jì)中的巨大前景。壓力傳感器為機(jī)器人提供在動(dòng)態(tài)物理世界中可靠、安全和智能地運(yùn)行所需的反饋，具有巨大的潛力。