Force-Sensitive Resistor

• 又称: FSR, force-sensing resistor, force sensing resistor, pressure-sensitive resistor
• 类别: Sensing › Contact & force
• 标签: force-sensing, tactile-sensing, sensors, electronics, grippers

一种薄而柔性的传感器，其表面受力时电阻下降，提供一种简单、低成本的方式来检测触碰并估计接触力。

定义

力敏电阻（Force-sensitive resistors，FSR）是一种薄型聚合物传感器，受压时其电阻会降低。典型的 FSR 是一个多层夹层结构：一层印有叉指状导电线路的柔性基底、一层隔离层，以及一层导电或半导电的聚合物油墨。无负载时电阻非常高。随着力增大，更多油墨接触到线路，接触面积增大，电阻随之下降。

FSR 用简单的电子电路就能读取。最常见的电路是与一个固定电阻组成的分压器，接到微控制器的模数转换器上；运放电流-电压转换级可以给出更线性的输出。其响应是强非线性的，在大部分量程内电阻大致与力成反比，因此需要用已知负载进行标定，才能把读数换算为力值。

与称重传感器和力/力矩传感器相比，FSR 价格低廉、非常薄，并且容易贴装在指尖、脚底等弯曲或狭小的表面上。作为代价，它们的精度有限。它们存在迟滞、在恒定负载下漂移（蠕变）、对力在有效区域内的分布方式敏感，而且各个单体之间存在差异。它们只测量垂直于表面的力，不提供任何剪切力信息。

因此，FSR 最适合用于检测接触、感知抓握或落脚是否发生，以及给出相对的力读数，而不是精确测量力。FSR 阵列和相关的压阻薄膜也被用作简单的压力分布测绘触觉皮肤。

为何重要

FSR 以极低的成本、几乎不占空间也几乎不增加布线负担的方式赋予机器人触觉，使接触感知在业余机器人、原型夹爪和可穿戴设备上变得切实可行。当团队需要知道某物是否被触碰、以及大致被按得多重时，FSR 往往是他们加装的第一种触觉传感器。

主要应用

• 机器人夹爪和机械手上的指尖接触检测
• 足式机器人的足底接触感知和步态分析
• 记录握力的数据手套和可穿戴设备
• 简单的压力分布测绘触觉阵列
• 业余和教育机器人上的触摸输入

实际应用

为夹爪增加接触感知的团队，通常把 FSR 安装在指尖上，并在其上覆一层薄橡胶或硅胶垫，使负载均匀分布在有效区域上。每个传感器都以分压器的方式接到一个模拟输入，固定电阻的阻值选择为在预期的力范围内提供良好的分辨率。团队用已知砝码标定每个传感器、拟合一条曲线，并对读数设置阈值，以检测接触，或在达到目标握力时停止夹爪闭合。在足式机器人和步态研究中，安装在脚部或鞋垫中的 FSR 提供落脚时序。由于存在漂移和迟滞，工程师避免依赖 FSR 给出绝对力值，并定期对其重新归零。

常见误解

• FSR 是精密力传感器 — 它们适合接触检测和相对力测量；精确测量需要称重传感器或力/力矩传感器
• FSR 的输出与力成线性关系 — 电阻随力非线性下降，因此读数必须经过标定或线性化
• FSR 能感知任意方向的力 — 它们只响应垂直于表面的力，不测量剪切力

谁需要了解

• 设计夹爪和机器人手的硬件工程师
• 制作低成本机器人的创客和学生
• 可穿戴设备和数据手套开发者
• 足式机器人和步态分析研究人员

相关技术

• 称重传感器（Load Cell）
• 触觉传感器（Tactile Sensor）
• 力/力矩传感器（Force/Torque Sensor）
• 分压器（Voltage Divider）
• 压阻式传感器（Piezoresistive Sensor）
• 电容式触摸传感器（Capacitive Touch Sensor）

相关术语

• Tactile Sensor
• Force/Torque Sensor

相关项目

• Gazebo: Industry-standard open-source robotics simulator with multi-physics and ROS integration
• ORCA Hand: Open-source tendon-driven robotic hands with tactile sensing from ETH Zurich
• Carbon Aeronautics Quadcopter: From-scratch quadcopter build that teaches aeronautics, electronics and programming
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视频

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