多维力传感器可以分为以下类型:电阻应变型,压电型,电容型,光纤型等。多维力传感器基于应变仪。
金属箔应变计是电阻应变型多维力传感器的传感元件,它基于应变电阻效应检测力信号。受到力或应力的金属丝网的形状变化会导致其电阻变化,并因此转换为电信号输出。在基于多种测量原理的多维力传感器中,电阻应变式力传感器是目前使用广泛的一种。它具有灵敏度高,测量范围广,可靠性高,技术成熟等优点。但是,它还具有动力响应较差,外界因素对惠斯通电桥的影响等缺点。这种传感器设计的关键问题是如何设计一种合理,弹性体机械结构。
压电多维力传感器是一种电位计传感器,它基于压电效应实现力/转矩(F / T)的测量。多维力传感器效应,通常也用于触觉传感器制造13,14。目前,许多研究人员已经将压电元件作为传感元件进行了研究,可以直接测量多维力/扭矩[15]。刘等。提出了一种基于结构的压电六维重型F / T传感器。当操纵器的半径增大时,该传感器实现了增强压电晶片的重负荷分担能力的效果。虽然研究了大范围的六维F / T传感器,但没有获得通用的解析数学模型,并且难以实现力传感器的小型化。压电材料的主要特点是固有频率高,特别适合动态测量。然而,压电材料的主要缺点是它对静力不敏感并且容易受到外部电磁噪声的影响。
电容式多维力传感器可以通过设置一对电容器并更改电极之间的相对间隙来测量多维F / T。由于灵敏度和灵活性高,许多研究人员对电容式力传感器进行了研究。Kim等。提出了一种电容型六轴F / T传感器,其在挠性结构中嵌入了平行板电容器。Lee等。开发了一种电容式六轴F / T传感器,其传感元件在平面上对齐,可以在单个印刷电路板上制造[19]。因此,传感器的结构简单并且处理容易。Kim等。提出了一种新颖的具有六个电容传感器单元的六轴F / T电容传感器,用于机器人应用,并提出了具有平行和正交布置的传感器的传感器设计。在过去的十年中,微机电系统电容式F / T传感器已用于特定领域,例如高温和磁场。这归因于MEMS电容式传感器的吸引人的特征,例如高灵敏度,低噪声,低功耗以及对温度不敏感等。为了解决当前商用F / T传感器的高成本问题。提出了一种使用MEMS气压计的廉价且坚固的F / T传感器的新设计。该传感器可以在两天内组装,价格不到20美元,但其精度远低于商用传感器。我们设计了一种硅电容三轴F / T传感器,该传感器可用于测量人手指与环境之间的相互作用力,但是传感器的分辨率需要提高。尽管具有多种优点,但由于其较大的寄生电容干扰,因此无法使用电容式多维F / T传感器。