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1.簡介
身为人类我们利用视觉，触觉，味觉，嗅觉和听觉这些感官受体，作为一种手段来感受周围环境并周围环境交互。利用这些感觉中的一个或者多个，人类将从环境中察觉到新未被定义的事物。例如，作为人类，我们可以执行灵巧的任务，如可以灵活的拿起一个鸡蛋是理所当然的。当拿到鸡蛋，鸡蛋的形状，温度，纹理，颜色和大小通过感受器传输的我们的大脑。如果施加的力太小，鸡蛋那就会滑走。反之，如果所施加的力太大了，鸡蛋就会碎掉。精确的力的施加和力的反馈能够使我们拿住鸡蛋。此外，鸡蛋的物理属性的先验知识，如它的重量和脆弱性也集成到操作处理中去。如果同样的任务要使用用机器人来实现的，那么类似于人类去探索和互动的对象所提供必要反馈是至关重要。作为一个机器操作者，它不可能理解我们人类的操作物体的先验知识，所以准确的感觉反馈更加重要。
1.1什么是触觉传感器
本文回顾了触觉传感器设计领域的仿真研究。触觉传感器是通过身体的接触来获得触觉信息的一种传感器。可以测得物体性质如温度，振动，柔软，质地，形状，组成，边缘和普通的接触力。触觉传感器可以测量一个或更多的这些特性。虽然压力和扭矩传感通常不包括在触觉感知的定义中，压力和扭矩是重要的属性，通常通过身体的接触获得，并可作为触觉参数。
1.2触觉传感器的应用范围
触觉传感器的应用相当成熟，已经有了30年的历史了。早期的研究者如哈蒙，发现了触觉传感器在机器人领域应用潜力巨大。有趣的是哈蒙认为触觉传感不适合在医学和农业这些技术难度大回报低的领域。同时，其他研究者如内文斯和惠特尼也排除了触觉传感器在被动检测中的应用需要。在21世纪触觉传感器被设想具有能开发出更多智能的产品和系统从而改善人类生活的潜力。其中应用最多的是医疗领域和工业自动化领域。作者认为触觉传感器的应用更广泛，主要内容将会总结在表6。然而这份调查报告显示，它并没有很大的进入到它的目标市场中去，直到90年代。触觉传感器的重要性在其他传感器的衬托下更显著，比如用视觉传感器作为例子，它可能不是最佳的传感器选择，尤其是在非结构化或空间有限的情况下，后文将作详细论述。虽然在过去的三十年里认识到了触觉传感器的重要性并投入了精力去发展，但是仍然没有设计出一个匹配人的触觉的一个触觉传感器，因此也阻碍了机器人和微创手术领域的进步。
1.3早期的技术
力和触觉的反馈研究是现在一个多学科的事业。触觉传感器的综合调查在过去就已经进行了并且有很多文献资料。触觉的机器人和机电一体化遥感应用进行了综述和文献报道的。2000年，李发表了简短而综合的触觉传感技术的回顾，并分析了拖延的工业和消费市场接受这种技术的原因。艾特比和翰威特研究触觉传感系统微创外科技术并重申了这一特定领域的触觉传感器的重要性。虽然很多书籍在机器人相关的应用里提到了触觉传感器，但是并没有单独讲解触觉传感器的书。有几个出版的关于触觉传感器的书值得关注。维特尔斯在他的书中演示了如何用触觉传感器来模仿人类的皮肤。Dargahi Najarian在2009年发布了一本传感器在医学界最全面的书。这本书包含了人类触觉感知的基础，及传感技术在生物医学工程领域的应用。通过比较以前对触觉传感技术的评价：本文扩展了以前的评价；将重点放在当前国家的最先进的学科；触觉传感器研究发展趋势；突出的挑战；必须克服的内容；还讨论了运营优势和不同的触觉传感器的设计缺陷的原则。除了先前提到的领域的应用，我们也提出了该技术在其他方面的应用，如在休闲体育，航空航天，领域。接下来我们概述下常用的触觉传感器的应用。
2.传导触摸技术
常用的触觉传导技术是基于电容式，压阻式，热阻，归纳，压电，磁和光学法这些原理。很好确立的是这些相关的技术原理都拥有不同优缺点。在一般情况下电容式，压阻式，压电式，感应式和光学方法设计的触觉传感器拥有很多潜在的优越性和实用性，往往是设计者的首选传感器。本章节将会简略的回顾这些传感器的优缺点。
2.1电容式触觉传感器
电容式传感器由两个导电片和介质层构成。其中平行板的电容c可以表示为C=（AeOer）/d。其中c是电容，eO是自由空间的介电常数，er是介质材料的相对介电常数和D板之间的距离。电容式触觉传感器通常表现出良好的频率响应，这些传感器是更容易受到噪声的干扰，特别是在一个网格配置中，因为存在串扰噪声，场的相互作用和边缘电容，所以需要增加相对复杂的电路来滤除这种噪声。
2.2压阻式触觉传感器
压阻式传感器由压敏传感器所构成，应对不同大小的施加力其电阻大小也不同。一个简单的电阻元件的电压电流特性可以表示为V=IR；其中V的电压，I是电流和R是材料的电阻。通常电压（或电流）的特性是固定的，当电阻的变化时通过电流（或电压）也发生变化。为了观察变化通常需要一个电阻元件如弹性体形式的导电橡胶，或是压力敏感导电油墨。这些材料一般发生很小的电阻变化就能量化，所以容易制造和整合。相比于电容式传感器，他们不受噪声影响，因此在网格配置中没有相声或场的相互作用。电阻式触觉传感器受到滞后，因此有一个较低的频率响应时间。
2.3压电式触觉传感器
压电式触觉传感器采用一些特别的晶体还有陶瓷材料制作而成，其发生形变就会产生电压电位的变化。晶体的灵敏度取决于它的结构，还有其所允许的横向力，纵向力，切割面的力。电压V的变化正比于对其所施加的力。这些传感器具有很好的高频响应，这使得他们成为振动测量的理想选择；然而，由于其大的内部阻力，只能有限的测量动态力，而且无法测量的静态力。在传感器的设计中，接口电路的输入阻抗必须被视为显著影响器件的响应。
2.4感应式触觉传感器
其原理是初级线圈的感应磁场使次级感应线圈产生感应现象。什么叫调制线圈之间的互感现象？通过改变在一个线性可变差动变压器的铁芯长度，从而调节了幅度和在地感线圈测量电压的相位。这种传感器具有很高的动态范围和坚固的结构，但其体积笨重，而且会产生低空间分辨率的阵列。由于其机械性质，这种传感器有较低的可重复性，线圈不会每次都回到相同的位置。由于这种传感器在初级线圈中使用交流电流，在相同的频率下会产生一个输出电压，他们需要使用比普通电阻式触觉传感器更复杂的电子交流信号来解调幅度。
身为人类我们利用视觉，触觉，味觉，嗅觉和听觉这些感官受体，作为一种手段来感受周围环境并周围环境交互。利用这些感觉中的一个或者多个，人类将从环境中察觉到新未被定义的事物。例如，作为人类，我们可以执行灵巧的任务，如可以灵活的拿起一个鸡蛋是理所当然的。当拿到鸡蛋，鸡蛋的形状，温度，纹理，颜色和大小通过感受器传输的我们的大脑。如果施加的力太小，鸡蛋那就会滑走。反之，如果所施加的力太大了，鸡蛋就会碎掉。精确的力的施加和力的反馈能够使我们拿住鸡蛋。此外，鸡蛋的物理属性的先验知识，如它的重量和脆弱性也集成到操作处理中去。如果同样的任务要使用用机器人来实现的，那么类似于人类去探索和互动的对象所提供必要反馈是至关重要。作为一个机器操作者，它不可能理解我们人类的操作物体的先验知识，所以准确的感觉反馈更加重要。
1.1什么是触觉传感器
本文回顾了触觉传感器设计领域的仿真研究。触觉传感器是通过身体的接触来获得触觉信息的一种传感器。可以测得物体性质如温度，振动，柔软，质地，形状，组成，边缘和普通的接触力。触觉传感器可以测量一个或更多的这些特性。虽然压力和扭矩传感通常不包括在触觉感知的定义中，压力和扭矩是重要的属性，通常通过身体的接触获得，并可作为触觉参数。
1.2触觉传感器的应用范围
触觉传感器的应用相当成熟，已经有了30年的历史了。早期的研究者如哈蒙，发现了触觉传感器在机器人领域应用潜力巨大。有趣的是哈蒙认为触觉传感不适合在医学和农业这些技术难度大回报低的领域。同时，其他研究者如内文斯和惠特尼也排除了触觉传感器在被动检测中的应用需要。在21世纪触觉传感器被设想具有能开发出更多智能的产品和系统从而改善人类生活的潜力。其中应用最多的是医疗领域和工业自动化领域。作者认为触觉传感器的应用更广泛，主要内容将会总结在表6。然而这份调查报告显示，它并没有很大的进入到它的目标市场中去，直到90年代。触觉传感器的重要性在其他传感器的衬托下更显著，比如用视觉传感器作为例子，它可能不是最佳的传感器选择，尤其是在非结构化或空间有限的情况下，后文将作详细论述。虽然在过去的三十年里认识到了触觉传感器的重要性并投入了精力去发展，但是仍然没有设计出一个匹配人的触觉的一个触觉传感器，因此也阻碍了机器人和微创手术领域的进步。
1.3早期的技术
力和触觉的反馈研究是现在一个多学科的事业。触觉传感器的综合调查在过去就已经进行了并且有很多文献资料。触觉的机器人和机电一体化遥感应用进行了综述和文献报道的。2000年，李发表了简短而综合的触觉传感技术的回顾，并分析了拖延的工业和消费市场接受这种技术的原因。艾特比和翰威特研究触觉传感系统微创外科技术并重申了这一特定领域的触觉传感器的重要性。虽然很多书籍在机器人相关的应用里提到了触觉传感器，但是并没有单独讲解触觉传感器的书。有几个出版的关于触觉传感器的书值得关注。维特尔斯在他的书中演示了如何用触觉传感器来模仿人类的皮肤。Dargahi Najarian在2009年发布了一本传感器在医学界最全面的书。这本书包含了人类触觉感知的基础，及传感技术在生物医学工程领域的应用。通过比较以前对触觉传感技术的评价：本文扩展了以前的评价；将重点放在当前国家的最先进的学科；触觉传感器研究发展趋势；突出的挑战；必须克服的内容；还讨论了运营优势和不同的触觉传感器的设计缺陷的原则。除了先前提到的领域的应用，我们也提出了该技术在其他方面的应用，如在休闲体育，航空航天，领域。接下来我们概述下常用的触觉传感器的应用。
2.传导触摸技术
常用的触觉传导技术是基于电容式，压阻式，热阻，归纳，压电，磁和光学法这些原理。很好确立的是这些相关的技术原理都拥有不同优缺点。在一般情况下电容式，压阻式，压电式，感应式和光学方法设计的触觉传感器拥有很多潜在的优越性和实用性，往往是设计者的首选传感器。本章节将会简略的回顾这些传感器的优缺点。
2.1电容式触觉传感器
电容式传感器由两个导电片和介质层构成。其中平行板的电容c可以表示为C=（AeOer）/d。其中c是电容，eO是自由空间的介电常数，er是介质材料的相对介电常数和D板之间的距离。电容式触觉传感器通常表现出良好的频率响应，这些传感器是更容易受到噪声的干扰，特别是在一个网格配置中，因为存在串扰噪声，场的相互作用和边缘电容，所以需要增加相对复杂的电路来滤除这种噪声。
2.2压阻式触觉传感器
压阻式传感器由压敏传感器所构成，应对不同大小的施加力其电阻大小也不同。一个简单的电阻元件的电压电流特性可以表示为V=IR；其中V的电压，I是电流和R是材料的电阻。通常电压（或电流）的特性是固定的，当电阻的变化时通过电流（或电压）也发生变化。为了观察变化通常需要一个电阻元件如弹性体形式的导电橡胶，或是压力敏感导电油墨。这些材料一般发生很小的电阻变化就能量化，所以容易制造和整合。相比于电容式传感器，他们不受噪声影响，因此在网格配置中没有相声或场的相互作用。电阻式触觉传感器受到滞后，因此有一个较低的频率响应时间。
2.3压电式触觉传感器
压电式触觉传感器采用一些特别的晶体还有陶瓷材料制作而成，其发生形变就会产生电压电位的变化。晶体的灵敏度取决于它的结构，还有其所允许的横向力，纵向力，切割面的力。电压V的变化正比于对其所施加的力。这些传感器具有很好的高频响应，这使得他们成为振动测量的理想选择；然而，由于其大的内部阻力，只能有限的测量动态力，而且无法测量的静态力。在传感器的设计中，接口电路的输入阻抗必须被视为显著影响器件的响应。
2.4感应式触觉传感器
其原理是初级线圈的感应磁场使次级感应线圈产生感应现象。什么叫调制线圈之间的互感现象？通过改变在一个线性可变差动变压器的铁芯长度，从而调节了幅度和在地感线圈测量电压的相位。这种传感器具有很高的动态范围和坚固的结构，但其体积笨重，而且会产生低空间分辨率的阵列。由于其机械性质，这种传感器有较低的可重复性，线圈不会每次都回到相同的位置。由于这种传感器在初级线圈中使用交流电流，在相同的频率下会产生一个输出电压，他们需要使用比普通电阻式触觉传感器更复杂的电子交流信号来解调幅度。