Force-Sensitive Resistor

• 又稱: FSR, force-sensing resistor, force sensing resistor, pressure-sensitive resistor
• 類別: Sensing › Contact & force
• 標籤: force-sensing, tactile-sensing, sensors, electronics, grippers

一種薄而柔軟的感測器，表面受力時電阻會下降，提供簡單、低成本的方式來偵測觸碰並估計接觸力。

定義

力感測電阻（Force-sensitive resistors，FSR）是一種薄型高分子感測器，受壓時電阻會降低。典型的 FSR 是多層的夾層結構：一層印有指叉狀導電線路的軟性基板、一層間隔層，以及一層導電或半導電的高分子油墨。沒有負載時電阻非常高。隨著力增加，更多油墨接觸到線路、接觸面積變大，電阻便隨之下降。

FSR 只需簡單的電子電路就能讀取。最常見的電路是搭配一個固定電阻組成分壓器，接到微控制器的類比數位轉換器；以運算放大器構成的電流轉電壓級則能提供較線性的輸出。它的響應高度非線性，在大部分量程內電阻約與力成反比，因此需要用已知負載校正，才能把讀數換算成力值。

與荷重元和力/扭矩感測器相比，FSR 價格低廉、非常薄，而且容易貼附在指尖、腳底等彎曲或狹小的表面上。代價是精度有限。它們有遲滯現象、在固定負載下會漂移（潛變）、對力在作用區上的分布方式敏感，而且每個元件之間存在差異。它們只量測垂直於表面的力，無法提供任何剪力資訊。

因此，FSR 最適合用來偵測接觸、感測抓握或落腳是否發生，以及提供相對的力讀數，而非精確的力量測。FSR 陣列與相關的壓阻薄膜也被用作簡易的壓力分布觸覺皮膚。

為何重要

FSR 以極低成本、幾乎不占空間也幾乎不增加配線負擔的方式賦予機器人觸覺，讓接觸感測在業餘機器人、原型夾爪與穿戴式裝置上變得實際可行。當團隊需要知道某樣東西是否被碰觸、以及大致被壓得多用力時，FSR 往往是他們加裝的第一種觸覺感測器。

主要應用

• 機器人夾爪與機械手上的指尖接觸偵測
• 足式機器人的腳部接觸感測與步態分析
• 記錄握力的資料手套與穿戴式裝置
• 簡易的壓力分布觸覺陣列
• 業餘與教育機器人上的觸控輸入

實際應用

為夾爪加入接觸感測的團隊，通常會把 FSR 安裝在指尖，上面覆蓋一層薄橡膠或矽膠墊，讓負載平均分散到作用區上。每個感測器以分壓器方式接到一個類比輸入，固定電阻的阻值則選擇能在預期力範圍內提供良好解析度的數值。團隊用已知砝碼校正每個感測器、擬合一條曲線，並對讀數設定門檻，以偵測接觸，或在達到目標握力時停止夾爪閉合。在足式機器人與步態研究中，裝在腳部或鞋墊裡的 FSR 可提供落腳時序。由於有漂移與遲滯，工程師會避免依賴 FSR 取得絕對力值，並定期將其重新歸零。

常見誤解

• FSR 是精密的力感測器 — 它們適合接觸偵測與相對力量測；準確量測需要荷重元或力/扭矩感測器
• FSR 的輸出與力呈線性關係 — 電阻隨力非線性下降，因此讀數必須經過校正或線性化
• FSR 能感測任何方向的力 — 它們只對垂直於表面的力有反應，無法量測剪力

誰需要了解

• 設計夾爪與機器人手的硬體工程師
• 製作低成本機器人的創客與學生
• 穿戴式裝置與資料手套開發者
• 足式機器人與步態分析研究人員

相關技術

• 荷重元（Load Cell）
• 觸覺感測器（Tactile Sensor）
• 力/扭矩感測器（Force/Torque Sensor）
• 分壓器（Voltage Divider）
• 壓阻式感測器（Piezoresistive Sensor）
• 電容式觸控感測器（Capacitive Touch Sensor）

相關術語

• Tactile Sensor
• Force/Torque Sensor

相關專案

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