[發(fā)明專利]一種主動式仿生觸須傳感器及裝置

有效

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• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112556729B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設計）人: 于志強;石青;陳會金;郭越;黃強;福田敏男
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01D5/12
• 分類號: G01D5/12
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發(fā)明公開了一種主動式仿生觸須傳感器及裝置，涉及觸須傳感器技術(shù)領域，包括觸須、軸承結(jié)構(gòu)、上支撐蓋、電磁鐵安裝座、電磁鐵、擺錘和下支撐蓋；上支撐蓋的下端部與下支撐蓋的上端部通過電磁鐵安裝座連接在一起；軸承結(jié)構(gòu)嵌套在上支撐蓋的上端部，電磁鐵的一端安裝在電磁鐵安裝座的底部，電磁鐵的另一端懸空；擺錘位于電磁鐵安裝座之上，且觸須的一端穿過軸承結(jié)構(gòu)與擺錘的一端連接在一起，擺錘的另一端布置有多個永久磁鐵。本發(fā)明通過電磁驅(qū)動仿生觸須的方式實現(xiàn)物體尺寸、形狀、方位、紋理與位置的主動式檢測。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及觸須傳感器技術(shù)領域，特別是涉及一種主動式仿生觸須傳感器及裝置。

背景技術(shù)

觸須傳感器是通過模擬老鼠、海獅等動物的觸須工作原理，進行人工仿生制造的傳感器，實現(xiàn)復雜環(huán)境中物體尺寸、形狀、方位、紋理以及位置的檢測。目前，已有的觸須傳感器主要有電阻式、電容式、電磁式、壓電式(PZT)、光電式(Positionsensitivedetector，PSD)以及納米摩擦發(fā)電機(TENG)的方式。傳統(tǒng)的電阻式觸須傳感器體積可以做到很小，但是很難實現(xiàn)主動式的檢測，限制了傳感器的檢測能力與應用；電容式觸須傳感器由于電容式的工作原理，極易受到周圍環(huán)境的影響，輸出的檢測信號的穩(wěn)定性較差；電磁式觸須傳感器可以實現(xiàn)較好信號的輸出，同樣很難實現(xiàn)主動式的檢測，限制了傳感器的檢測能力與應用；壓電式觸須傳感器借助本身的工作原理，可以在實現(xiàn)主動驅(qū)動觸須的同時，實現(xiàn)位移的檢測，并且該傳感器可以高度集成，但是受到PZT小變形能力、電信號存在遲滯特性的影響，使壓電式觸須傳感器多用來檢測小變形、粗糙度的檢測，很難模擬生物的真實檢測行為；基于光電式的觸須傳感器目前研究處于被動的方式，且主要用于物體形狀的檢測；納米摩擦發(fā)電機方式的觸須傳感器通過觸須擺動過程中對周圍材料的擠壓，導致材料中電荷的重分布，形成電信號的輸出，此傳感器由于檢測過程極易受到周圍環(huán)境中電荷分布的影響(例如，人體中的靜電)，難以推廣應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種主動式仿生觸須傳感器及裝置，通過電磁驅(qū)動仿生觸須的方式實現(xiàn)物體尺寸、形狀、方位、紋理與位置的主動式檢測。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種主動式仿生觸須傳感器，包括觸須、軸承結(jié)構(gòu)、上支撐蓋、電磁鐵安裝座、電磁鐵、擺錘和下支撐蓋；

所述上支撐蓋的下端部與所述下支撐蓋的上端部通過電磁鐵安裝座連接在一起；所述軸承結(jié)構(gòu)嵌套在所述上支撐蓋的上端部，所述電磁鐵的一端安裝在所述電磁鐵安裝座的底部，所述電磁鐵的另一端懸空；所述擺錘位于所述電磁鐵安裝座之上，且所述觸須的一端穿過所述軸承結(jié)構(gòu)與所述擺錘的一端連接在一起，所述擺錘的另一端上布置有多個永久磁鐵。

可選的，所述軸承結(jié)構(gòu)包括球軸承和球軸承座；所述球軸承的外表面上安裝有導電彈性銅片，所述球軸承座的內(nèi)表面上涂覆有碳電阻膜。

可選的，所述碳電阻膜的材料為碳硅脂。

可選的，所述電磁鐵包括第一擋片、繞有電磁線圈的硅鋼柱以及第二擋片；所述硅鋼柱的一端與所述第一擋片連接，所述硅鋼柱的另一端與所述第二擋片連接，且所述第一擋片還與所述電磁鐵安裝座的底部連接。

可選的，所述電磁鐵包括中心電磁鐵和邊緣電磁鐵；所述中心電磁鐵安裝在所述電磁鐵安裝座底部的中心處，所述邊緣電磁鐵按照圓形軌跡布置在所述電磁鐵安裝座的底部；所述圓形軌跡的圓心為所述電磁鐵安裝座的中心。

可選的，所述擺錘的另一端上開設有多個永久磁鐵安裝孔；所述永久磁鐵安裝孔的布設軌跡為圓形軌跡；所述圓形軌跡的圓心為所述擺錘的的另一端的中心。

可選的，每個所述永久磁鐵安裝孔均安裝有永久磁鐵，所述永久磁鐵為永久銣磁鐵。

一種主動式仿生觸須傳感裝置，包括控制驅(qū)動器和主動式仿生觸須傳感器；所述主動式仿生觸須傳感器的軸承結(jié)構(gòu)包括球軸承和球軸承座；