只装有摄像头和加速计的机器人不能够采集到表面的质地信息、量化触感的物理力量或获得关于其动作和关节方位的本体感知反馈。这种缺乏触觉感应的问题严重制约了机器人在多变环境里进行自适应移动、精细操控物品和安全应对肢体接触的各项能力。通过利用压力感应器，我们能够为机器人提供关键的触觉反馈以提升其性能。不断地监控机器人的关节和执行器中的气体和液体压力，有助于机器人对其自身运动和扭矩应用情况具有更好的本体感知。

依靠这种反馈信息，高级的运动控制成为可能，也能有针对性地调节关节力量。通过在机器人表面附加一组可调节的柔性压力传感器，能够创造出人造触觉系统。这种类似于皮肤的压力感测层能识别和图示来自触碰、人与机器的互动或是意外碰撞产生的外界力量，使得机器人有能力做出相应的反应。只要将足量的压力感应数据融合到控制系统中，机器人便能展现出接近人类的灵活性和适应力。触觉压力反馈技术使得机器人在工业环境中与人类工作伙伴安全、流畅地合作成为可能。

在医疗保健、国防、灾难响应和太空探索等盲目自动化不足的高风险环境中，机器人技术也大有可为。

压力传感器在机器人技术中的应用

压力传感器在现代机器人技术中发挥着重要作用，但其价值往往被低估。压力传感器可对内部气动和液压压力、外力和环境条件进行持续监控。这为机器人提供了重要的反馈，以加强内部监控、灵巧运动控制、环境交互和触觉感应。

一个重要的应用是本体感觉传感，即利用关节内部的压力测量来计算施加的扭矩和力。这种关于机器人运动和负载的信息可以实现更精确的控制，大大提高操纵能力和稳定性。

肌腱驱动机器人设计使用压力传感器测量肌腱张力，这与关节处产生的力直接相关。更传统的机器人技术则是安装传感器来测量关节压力差并推断扭矩。

液压机械臂示例

一些先进的系统利用直接应用于机器人关节的超微型 MEMS 压力传感器来提供高分辨率的本体感觉反馈。这种压力感应方法可与生物本体感觉相媲美，使机器人能够感知自身的运动和负载状况。

同样，将压力传感器集成到机器人外部表皮中，可提供有关接触力的触觉反馈。带有多个独立压力传感器的大型传感器阵列可帮助绘制整个机器人身体的力分布和大小。这种阵列可使机器人对身体接触做出适当的反应，包括轻柔的触摸或破坏性的碰撞。这些触觉皮肤系统利用可适应的柔性压力传感器矩阵，为机器人提供复杂的环境感知和类似人类的触觉。

其他环境互动装置利用压差传感器检测碰撞。通过测量充满液体的气囊内的压力波动，传感器可用于检测即将发生的撞击，并帮助启动支撑动作。这种碰撞感应技术也适用于缺乏坚固框架的软体机器人。通过控制接触力，压力传感器可进一步帮助机器人在与人类发生碰撞时做出安全反应。内部压力传感器可监控实现运动的液压和气动系统。压力的异常下降可以检测到泄漏，并在完全失灵前及时进行维修。利用压差原理的流量传感器可以监测泵和马达的运行情况。当机器人上升或下降时，还能通过压力差检测到高度和海拔的变化。这种感官反馈支持可靠而稳定的移动。

此外，如果机器人在室外或苛刻的环境中工作，压力感应还可使其不受天气影响。

在机器人体内安装带有防水膜的微型机械压力传感器，可以在任何电气元件损坏之前迅速检测到雨水或洪水的侵入。随后，机器人可采取行动保护内部组件或发出求助信号。

技术创新推动进步

几项重大技术进步促进了压力传感技术在机器人内部更广泛、更强大的应用。 微机电系统 (MEMS)制造允许使用高分辨率且极其紧凑的压差传感器，这些传感器可以本体感知方式集成到机器人关节和执行器中。

例如，Superior Sensor Technology 的基于 MEMS 的压力传感器集成了先进的功能，包括先进的数字滤波、闭环控制和基于软件的压力开关。

这些传感器完全集成，可提供精确运动控制和灵巧物体操纵能力所需的基本内部扭矩和力反馈。

用量子隧道复合材料、石墨烯或其他纳米材料印刷的柔性压力传感器阵列还可以将舒适且可拉伸的电子皮肤层包裹在机器人结构周围。注入纳米管的乳胶等材料可生产出可以在复杂的关节和表面上拉伸的传感器皮肤。

这种使用柔性印刷传感器的人工触觉可以在整个机器人身体上实现具有高空间分辨率的密集压力映射。类皮肤的精确跟踪允许在协作工作空间中与人类进行安全的检测、反应和交互。

具有灵活压力传感阵列的机器人手

在数据处理方面，可以使用深度神经网络等先进的机器学习方法，利用传感器阵列的实时压力数据来优化控制和响应。

计算模型使用来自本体感觉和触觉传感器的压力模式来通知反射反应和操纵器运动。例如，一项研究利用压力输入的强化学习来训练机器人手臂具有先进的灵巧操作技能，例如在手掌中滚动球。

采用流体弹性体技术的新型软执行器和夹具在很大程度上依赖于监测整个结构的压力以实现精确控制和反馈。

这些带有集成压力传感器的气动软机器人执行器可用于平滑地贴合抓取的物体。这项技术可以在共享工作空间中实现更安全的物理人机协作，而在共享工作空间中使用传统的刚性机器人会带来太大的风险。

随着这些各种创新的进展，压力传感有望成为嵌入未来机器人技术（从工业自动化到医疗设备）的重要集成反馈模式。我们开始了解由人工触摸感应实现的响应式、自适应机器人技术的潜力。

未来的机器人：类人触觉感知

随着压力传感器技术和集成的不断发展，具有人工触摸传感功能的机器人的使用将改变许多领域：

类人的灵活性：有了足够的触觉压力数据，机器人可以实现非常类似人类的灵活性，高精度地操纵各种重量、纹理和形状的物体。这种灵活性将推进制造、仓储、手术等领域的自动化。

危险环境操作：压力传感耐用机器人可以执行高风险任务，例如采矿、深海勘探、灾难响应和太空任务，这些任务中人类直接参与是危险的。压力数据可以帮助机器人做出反应和适应。

无缝人类协作：超灵敏压力皮肤将使未来的机器人能够与人类同事安全、无缝地协作。压力反馈可抑制物理交互过程中有害的接触力。

智能基础设施：覆盖压力传感皮肤的机器人检查员可用于监控风力涡轮机、石油管道、桥梁和其他基础设施。压力数据可以发现任何正在发生的故障。

医疗应用：触觉压力传感将促进机器人手术、假肢、康复和辅助机器人技术的突破，其中与人类的安全交互至关重要。

随着成本的降低和集成的进步，触觉压力传感可能会与视觉、位置和惯性传感一起成为先进机器人的标准模式。压力传感使未来有能力、有用的机器人可以在动态的现实环境中与人类一起高效、安全地运行。

结论

压力传感器为机器人提供了关键功能，包括用于响应交互的触觉传感和用于灵巧操作的本体感觉。持续监测内部液压、外部接触力和环境条件提供压力数据，使机器人能够以类似人类的灵敏度移动、处理物体和响应物理刺激。柔性印刷阵列、MEMS 传感器和机器学习集成的持续发展将促进多模式机器人感知和无缝人类协作方面的突破。随着成本的降低，压力传感显示出将标准反馈模式集成到医疗、工业、辅助、危险环境和基础设施监控应用的未来机器人设计中的巨大前景。压力传感器为机器人提供在动态物理世界中可靠、安全和智能地运行所需的反馈，具有巨大的潜力。