Force-Sensitive Resistor

• También llamado: FSR, force-sensing resistor, force sensing resistor, pressure-sensitive resistor
• Categoría: Sensing › Contact & force
• Etiquetas: force-sensing, tactile-sensing, sensors, electronics, grippers

Un sensor delgado y flexible cuya resistencia eléctrica baja al aplicar fuerza sobre su superficie, lo que ofrece una forma sencilla y de bajo coste de detectar el tacto y estimar la fuerza de contacto.

Definición

Resistencias sensibles a la fuerza (FSR) (force-sensitive resistors) son sensores delgados de polímero cuya resistencia eléctrica disminuye cuando se presionan. Una FSR típica es un sándwich de capas: un sustrato flexible con pistas conductoras interdigitadas impresas, un separador y una capa de tinta polimérica conductora o semiconductora. Sin carga, la resistencia es muy alta. A medida que aumenta la fuerza, más tinta toca las pistas y el área de contacto crece, por lo que la resistencia baja.

Las FSR se leen con electrónica sencilla. El circuito más común es un divisor de tensión con una resistencia fija, conectado al convertidor analógico-digital de un microcontrolador; una etapa de corriente a tensión con amplificador operacional da una salida más lineal. La respuesta es fuertemente no lineal, con una resistencia aproximadamente inversamente proporcional a la fuerza en buena parte del rango, por lo que hace falta calibrar con cargas conocidas para convertir las lecturas en valores de fuerza.

En comparación con las celdas de carga y los sensores de fuerza/par, las FSR son baratas, muy delgadas y fáciles de colocar sobre superficies curvas o pequeñas, como las yemas de los dedos y las plantas de los pies. A cambio, su precisión es limitada. Presentan histéresis, deriva bajo carga constante (fluencia), sensibilidad a cómo se distribuye la fuerza sobre el área activa y variación de una unidad a otra. Miden solo la fuerza normal a la superficie y no dan información sobre el cizallamiento.

Por estas razones, las FSR son más adecuadas para detectar contacto, saber si se ha producido un agarre o una pisada y dar lecturas relativas de fuerza, que para medir la fuerza con precisión. Las matrices de FSR y las películas piezorresistivas afines también se usan como pieles táctiles sencillas de mapeo de presión.

Por qué importa

Las FSR dan a los robots sentido del tacto a un coste muy bajo y casi sin carga de espacio ni de cableado, lo que hace práctica la detección de contacto en robots de aficionados, pinzas prototipo y dispositivos ponibles. A menudo son el primer sensor táctil que añade un equipo cuando necesita saber si algo se está tocando y, aproximadamente, con cuánta fuerza.

Aplicaciones clave

• Detección de contacto en las yemas de los dedos de pinzas y manos robóticas
• Detección del contacto del pie en robots con patas y análisis de la marcha
• Guantes de datos y dispositivos ponibles que registran la fuerza de agarre
• Matrices táctiles sencillas de mapeo de presión
• Entrada táctil en robots de aficionados y educativos

En la práctica

Un equipo que añade detección de contacto a una pinza suele montar FSR en las yemas de los dedos bajo una almohadilla fina de goma o silicona que reparte la carga de forma uniforme sobre el área activa. Cada sensor se conecta en un divisor de tensión a una entrada analógica, con la resistencia fija elegida para dar una buena resolución en el rango de fuerza esperado. El equipo calibra cada sensor con pesos conocidos, ajusta una curva y usa umbrales sobre la lectura para detectar el contacto o para dejar de cerrar la pinza cuando se alcanza un nivel de agarre objetivo. En robots con patas y en estudios de la marcha, las FSR en los pies o en las plantillas del calzado dan la temporización de las pisadas. Debido a la deriva y la histéresis, los ingenieros evitan depender de las FSR para valores absolutos de fuerza y las vuelven a poner a cero con regularidad.

Ideas erróneas comunes

• Las FSR son sensores de fuerza de precisión — sirven para detectar contacto y fuerza relativa; para medir con exactitud hacen falta celdas de carga o sensores de fuerza/par
• La salida de una FSR es lineal con la fuerza — la resistencia baja de forma no lineal con la fuerza, por lo que las lecturas deben calibrarse o linealizarse
• Las FSR detectan la fuerza en cualquier dirección — responden a la fuerza normal a la superficie y no miden el cizallamiento

Quién debería saberlo

• Ingenieros de hardware que diseñan pinzas y manos robóticas
• Makers y estudiantes que construyen robots de bajo coste
• Desarrolladores de dispositivos ponibles y guantes de datos
• Investigadores en robots con patas y en análisis de la marcha

Tecnologías relacionadas

• Celda de carga (Load Cell)
• Sensor táctil (Tactile Sensor)
• Sensor de fuerza/par (Force/Torque Sensor)
• Divisor de tensión (Voltage Divider)
• Sensor piezorresistivo (Piezoresistive Sensor)
• Sensor táctil capacitivo (Capacitive Touch Sensor)

Términos relacionados

• Tactile Sensor
• Force/Torque Sensor

Proyectos relacionados

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• ORCA Hand: Open-source tendon-driven robotic hands with tactile sensing from ETH Zurich
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Vídeos

• How to use Force Sensitive Resistors (FSR) with Arduino - Simple Force Sensing Arduino Tutorial: Science Fun