[發明專利]一種基于L形鐵鎵絲的大測力范圍柔性觸覺傳感陣列

在審

• 申請號: 202210128172.1
• 申請日: 2022-02-11
• 公開（公告）號: CN114459638A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 翁玲;楊惠文;王博文;胡博洋;羅旭
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01L1/12
• 分類號: G01L1/12
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 馬文巧

本發明公開一種基于L形鐵鎵絲的大測力范圍柔性觸覺傳感陣列，包括集成板和觸覺傳感陣列，觸覺傳感陣列包括若干均勻分布的觸覺傳感單元；觸覺傳感單元包括底座，底座底端與集成板頂端固定連接，底座頂端中心固定設置有傳感元件，底座頂端固定設置有鐵鎵絲和永磁體，鐵鎵絲為L形，鐵鎵絲一端與底座頂端固定連接，鐵鎵絲另一端固定連接有觸頭，觸頭與傳感元件上下對應設置；集成板頂端與底座底端固定連接，集成板底端設置有輸出端排線，提高了觸覺傳感陣列的檢測范圍和檢測精度。

技術領域

本發明屬于傳感器技術領域，特別是涉及一種基于L形鐵鎵絲的大測力范圍柔性觸覺傳感陣列。

背景技術

智能機械手在工業生產與裝配領域的應用愈加廣泛，為了能夠更好地提高生產與裝配效率，賦予機械手與人類相仿觸覺成為了目前的研究熱點。現有磁致伸縮觸覺傳感陣列大部分都以懸臂梁式鐵鎵絲作為感知部分，當鐵鎵絲首端受到壓力時，其內部會產生磁感應強度的變化，利用霍爾元件檢測鐵鎵絲尾端產生的磁場變化可以實現力-磁-電信號之間的轉換。這種類型的觸覺傳感陣列具有響應速度快、成本低，可同時檢測靜態力與動態力的優點。但目前的磁致伸縮觸覺傳感器陣列的最大測力范圍僅為0-4N，這是由于懸臂梁式鐵鎵絲在承受較大壓力時無法恢復到初始狀態，從而徹底破壞觸覺傳感器的性能，因此為了增強觸覺傳感器的可靠性，只能限定其在較小的壓力范圍內工作。由于懸臂式鐵鎵絲只能沿水平方向排布，整個觸覺傳感器只有前半部分能夠檢測外部壓力，這會影響觸覺傳感器與物體之間的接觸從而造成檢測結果的不準確。

L形鐵鎵絲是一種具有良好抗壓性能的結構，當壓力施加在L形鐵鎵絲的橫梁上時，由于彎矩的作用會使豎梁彎曲，從而在其內側產生磁感應強度的變化，但這種漏磁場很微弱，利用霍爾元件難以檢測。

TMR(隧道磁阻傳感器)元件作為一種新型的磁傳感器，具有靈敏度高、體積小、便于集成等優點；目前TMR元件已廣泛用于弱磁場檢測領域，如：汽車定位，電流傳感器等。

發明內容

本發明的目的是針對現有觸覺傳感器陣列測力范圍較小，觸覺傳感單元與物體間接觸不良，安裝在機械手上無法抓取質量大的物體等問題，提供的一種基于L形鐵鎵絲的大測力范圍柔性觸覺傳感陣列，該陣列由9個觸覺傳感單元組成，觸覺傳感單元的感知部分選用在低磁場下具有顯著逆磁致伸縮效應的L形鐵鎵合金絲(Fe₈₃Ga₁₇)，以TMR元件作為測量部分進行磁與電信號之間的轉換；在中心鏤空底座的第二容納槽內分別安置圓柱永磁體為L形鐵鎵絲提供偏置磁場。當觸頭受到壓力時，L形鐵鎵絲的橫梁向下彎曲，并為豎梁提供一個順時針彎矩，豎梁在彎矩作用下其內側磁疇會產生偏轉，從而引起磁感應強度發生改變，嵌入在底座中心鏤空區域的TMR元件檢測X軸正方向磁場的微弱變化，內部磁阻改變，并由電橋電路將磁阻的變化轉化為電壓信號。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：一種基于L形鐵鎵絲的大測力范圍柔性觸覺傳感陣列，包括集成板和觸覺傳感陣列，所述觸覺傳感陣列包括若干均勻分布的觸覺傳感單元；

所述觸覺傳感單元包括底座，所述底座底端與所述集成板頂端固定連接，所述底座頂端中心固定設置有傳感元件，所述底座頂端固定設置有鐵鎵絲和永磁體，所述鐵鎵絲為L形，所述鐵鎵絲一端與所述底座頂端固定連接，所述鐵鎵絲另一端固定連接有觸頭，所述觸頭與所述傳感元件上下對應設置；

所述集成板頂端與所述底座底端固定連接，所述集成板底端設置有輸出端排線。

優選的，所述底座頂端一側開設有第一容納槽和第二容納槽，所述第二容納槽位于所述第一容納槽兩側，所述第一容納槽內固定設置有所述鐵鎵絲一端，所述第二容納槽內固定設置有所述永磁體。

優選的，所述鐵鎵絲的數量為3根，所述鐵鎵絲經800℃高溫退火后定型，所述鐵鎵絲的橫梁和豎梁截面均為圓形，所述橫梁和所述豎梁之間的夾角為90°，所述橫梁遠離所述豎梁的一端與所述觸頭固定連接，所述豎梁底端固定設置在所述第一容納槽內，所述第一容納槽的數量與所述鐵鎵絲的數量相對應。