[發明專利]一種耐沖擊磁性液體觸覺傳感器

有效

• 申請號: 202010230979.7
• 申請日: 2020-03-27
• 公開（公告）號: CN111412831B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 謝君;李德才
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01B7/34
• 分類號: G01B7/34;G01B7/28
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 范盈

一種耐沖擊磁性液體觸覺傳感器，適用于對復雜表面輪廓進行測量。該傳感器包括：懸浮力永久磁鐵(1)，非導磁外殼(2)，第一霍爾元件(3?1)，第二霍爾元件(3?2)，非導磁金屬塊(4)，滾輪(5)，直線軸承(6)，觸覺連桿(7)，激勵永久磁鐵(8)，磁性液體(9)。當非導磁金屬塊(4)向上移動時，第一霍爾元件(3?1)處磁場增強，第二霍爾元件(3?2)處磁場減弱，此時外部電橋電路將輸出正向電壓信號，表示待測表面輪廓出現凹坑；當非導磁金屬塊(4)向下移動時，第一霍爾元件(3?1)處磁場減弱，第二霍爾元件(3?2)處磁場增強，此時外部電橋電路將輸出反向電壓信號，表示待測表面輪廓出現突起。

技術領域

本發明屬于傳感器領域，適用于對復雜表面輪廓進行測量。

背景技術

目前隨著傳感技術的發展，觸覺傳感器的形式日漸多樣，目前常見的觸覺傳感器的主要形式包括電容式和電阻式：例如專利《觸覺傳感器》(專利申請號：201310632826.5)，《觸覺傳感器以及構成該觸覺傳感器的觸覺傳感器單元》(專利申請號：201880018515.0)，《接近觸覺傳感器》(專利申請號：201780043020.9)等，都提出了通過剪切力作用于電介質，進而造成靜電電容的變化，從而檢測外部激勵；例如專利《主動式觸覺傳感器》(專利申請號：201610894052.7)《多層觸覺傳感器》(專利申請號：201810400690.8)等，都是利用壓電效應，外部壓力的變化造成內部柔性電阻層的阻值發生變化，從而檢測外部激勵。

以上形式的觸覺傳感器一方面抗沖擊能力較弱，另一方面受力面較大，無法完成對細小區域的精準觸控感知。

發明內容

本發明需要解決的技術問題：現有的觸覺傳感器抗沖擊能力較弱，測量范圍受限的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種耐沖擊磁性液體觸覺傳感器，該傳感器包括：懸浮力永久磁鐵，非導磁外殼，第一霍爾元件，第二霍爾元件，非導磁金屬塊，滾輪，直線軸承，觸覺連桿，激勵永久磁鐵，磁性液體。

該傳感器各部分之間的連接：

將非導磁金屬塊的中心與觸覺連桿的端部固定，然后通過直線軸承將觸覺連桿約束在非導磁外殼上部圓孔內，之后將滾輪與觸覺連桿位于非導磁外殼外部的端部固定，再將磁性液體注入到非導磁外殼的腔內直至充滿后密封，此時由于非導磁金屬塊的密度遠遠大于磁性液體，因此非導磁金屬塊將沉浸在磁性液體的底部，此時將懸浮力永久磁鐵固定在非導磁外殼的底部，懸浮力永久磁鐵在磁性液體內部產生豎直方向的非均勻磁場，磁場梯度方向豎直向下，根據鐵磁流體伯努利方程以及磁性液體的一階浮力原理可知，非導磁金屬塊將帶著觸覺連桿懸浮在磁性液體中的某一平衡位置，然后將激勵永久磁鐵固定在非導磁外殼的一側，再將第一霍爾元件和第二霍爾元件上下并排布置在激勵永久磁鐵的對側，第一霍爾元件和第二霍爾元件通過差動方式與外部電橋電路連接。

將耐沖擊觸覺傳感器上部的滾輪與待測表面輪廓接觸，調整到適當位置使得非導磁金屬塊位于第一霍爾元件和第二霍爾元件的中間位置，此時激勵永久磁鐵在第一霍爾元件和第二霍爾元件處產生的磁場相同，由于第一霍爾元件和第二霍爾元件只對垂直穿過其表面的磁力線有響應，因此懸浮力永久磁鐵在第一霍爾元件和第二霍爾元件處形成的平行磁場對第一霍爾元件和第二霍爾元件的電信號輸出無影響，于是外部電橋電路輸出電壓信號為零，此時為耐沖擊磁性液體觸覺傳感器的初始位置。耐沖擊磁性液體觸覺傳感器在水平方向移動的過程中，觸覺連桿將隨著待測表面輪廓的高低而上下移動，觸覺連桿將帶動非導磁金屬塊上下移動，當非導磁金屬塊向上移動時，第一霍爾元件處磁場增強，第二霍爾元件處磁場減弱，此時外部電橋電路將輸出正向電壓信號，表示待測表面輪廓出現凹坑；當非導磁金屬塊向下移動時，第一霍爾元件處磁場減弱，第二霍爾元件處磁場增強，此時外部電橋電路將輸出反向電壓信號，表示待測表面輪廓出現突起，通過輸出電壓信號的正負能夠間接反映待測表面輪廓，滾輪的作用是將滑動摩擦變位滾動摩擦，減小耐沖擊磁性液體觸覺傳感器的機械磨損。

本發明的有益效果：