[發明專利]基于折疊充磁法的磁柔性觸覺傳感結構及應用

有效

• 申請號: 202110384615.9
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113074842B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 趙朋;胡昊;張雪純;張承謙;王庭瑜;傅建中
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12
• 代理公司: 杭州知閑專利代理事務所(特殊普通合伙) 33315
• 代理人: 黃燕

本發明公開了一種基于折疊充磁法的磁柔性觸覺傳感結構，包括含有永磁材料的柔性主體，所述柔性主體具有負泊松比結構，其設定區域經過了折疊磁化處理。本發明還公開了一種由上述傳感結構組成的傳感器。本發明提供的傳感器可以應用在密封和無線的場景，該發明能夠檢測力的大小和位置，該柔性傳感器在機器人的觸感皮膚應用中具有廣闊的前景。基于磁場的傳感磁片與霍爾元件之間的作用是無接觸的，在某些難以建立連接線的隔離情況下，它也可以用作不受束縛的觸覺傳感器。本發明采用了三角形沙漏結構的磁片結構，可以使得小磁片的磁信號變化和受力變化呈現線性關系，可以同時檢測力的大小以及位置。

技術領域

本發明屬于物理傳感器，具體是涉及一種基于折疊充磁法的磁柔性觸覺傳感結構及應用。

背景技術

柔性觸覺傳感器是一個新興的領域，因為它們可以被應用到人機交互和可穿戴電子設備等范圍。近年來，一些針對機器人電子皮膚和可穿戴設備的柔性觸覺傳感器的研究已經開始進行。有許多采用不同傳感機制的觸覺傳感器，如壓電阻力、壓電、和電容性。對于傳統的觸覺傳感器來說，從觸覺傳感器上可以感知到的信息相對單一，僅限于壓力，顯示剪切力或指尖表面結構和力的位置無法識別。

論文文獻1(S.M.Doshi,E.T.Thostenson,Thin and Flexible Carbon Nanotube-Based Pressure Sensors with Ultrawide Sensing Range,ACS Sensors.3(2018)1276–1282.https://doi.org/10.1021/acssensors.8b00378.)中提到的基于碳納米管的柔性壓力傳感器只能得到壓力數據，無法獲取其他信息。

又如論文文獻2(C.Mu,Y.Song,W.Huang,A.Ran,R.Sun,W.Xie,H.Zhang,FlexibleNormal-Tangential Force Sensor with Opposite Resistance Responding for HighlySensitive Artificial Skin,Adv.Funct.Mater.28(2018)1–9.https://doi.org/10.1002/adfm.201707503.)中提到的具有反電阻的柔性法向力傳感器無法獲取受到壓力的具體位置信息。為了感知更多信息，觸覺傳感器陣列被用來感知力的大小和位置，但必須使用大量電線來連接機器人的柔性覆蓋物和內部控制系統，這會導致維護非常麻煩。雖然液態金屬可以在一定程度上緩解維護問題，但大型信號處理工作的負擔仍然阻礙著觸覺傳感器陣列的應用發展。

發明內容

本發明提出了一種基于感應磁場的柔性觸覺結構以及傳感器，用于同時檢測力的大小和位置，并可以得到力和磁場變化的線性關系，便于處理數據。

該傳感器也可以用作不受束縛的觸覺傳感器，可以運用到極端環境中用作機器人的外殼觸覺傳感器。

該發明基于折疊充磁法的線性磁性柔性傳感器為這些問題提供了解決方案。通過折疊充磁法制備的磁性柔型傳感器能夠同時感測力的大小和位置，在機器人的觸覺皮膚領域具有廣闊的應用前景，并且負載特性和信號之間的線性關系使其更易于處理數據?；诖艌龅膫鞲写牌c霍爾元件之間的作用是無接觸的，在某些難以建立連接線的隔離情況下，它也可以用作不受束縛的觸覺傳感器。

一種基于折疊充磁法的磁柔性觸覺傳感結構，包括含有永磁材料的柔性主體，所述柔性主體具有負泊松比結構，其設定區域經過了折疊磁化處理。

本發明結合負泊松比結構和設定區域的折疊磁化處理，可以得到力和磁場變化的線性關系，進而可以應用于觸覺傳感，利用對磁場信號的檢測，可以直接得到施力點坐標。

作為優選，所述設定區域為呈直線分布的區域。作為優選，所述設定區域為折疊磁化過程中折痕所在的區域。作為進一步優選，所述折疊為將柔性主體直接對折，所述折痕為直線結構。作為更進一步優選，所述柔性主體為對稱片結構，所述折痕為其對稱軸線。所述柔性主體的形狀可以是矩形、圓形、菱形、三角形等對稱結構。