一种准确定位末端位置的三维触须传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种准确定位末端位置的三维触须传感器，包括上层电路板、下层电路板、柔性触须、连接件、磁铁、霍尔传感器、触点传感器、立柱及紧固件。本发明专利技术将霍尔传感器和触点传感器的创新性组合使用，扩充了传感器原本的使用功能实现了对触须末端三维位移的测量，从而可以确定被测物体的位置；霍尔传感器和触点传感器的运用，可以检测微小的位移变化，从而提高了测量的灵敏度；检测电路简单，结构紧凑简洁，易于加工、拆卸和组装，便于维护和固定；上、下层电路板之间的距离以及触须的运动范围可以根据需要进行调整，从而获取不同的传感器性能，适用范围广，参数灵活；加工成本低，元器件易获取，测量精度高，有利于大量推广和使用。

A three-dimensional tentacle sensor locating the end position accurately

The invention discloses a three-dimensional whisker sensor for accurately locating the terminal position, which comprises an upper circuit board, a lower circuit board, a flexible whisker, a connecting piece, a magnet, a Holzer sensor, a contact sensor, a column and a fastener. The innovative combination of sensors and touch sensors using the Holzer expansion of the sensor, originally use function can realize the measurement of the tentacles end 3D displacement, which can determine the object's position; using the Holzer sensor and touch sensor, can tiny displacement change detection, which improves the measurement sensitivity of detection; simple circuit, compact structure, easy processing, assembly and disassembly, convenient maintenance and fixing; between the upper and lower layer circuit board and the distance of the whisker movement range can be adjusted according to the need, in order to obtain the performance of different sensors, wide application range, low processing cost, flexible parameters; components with high measurement precision, easy to obtain, is conducive to the promotion and use of a large number of.

【技术实现步骤摘要】
一种准确定位末端位置的三维触须传感器
本专利技术涉及传感器
，尤其是一种准确定位末端位置的三维触须传感器。
技术介绍
随着机器人技术的不断发展，包括视觉、力觉、触觉等在内的各种传感器对机器人来说至关重要，它们能为机器人提供与所处周围环境特征相互作用的感知信息，而机器人对信息的感知能力是智能化的基础。目前视觉传感器已得到大范围应用，但存在结构复杂、对环境要求高等缺点，在一些能见度低、环境恶劣、空间狭窄等环境下，触觉传感器更能发挥作用。触须传感器是触觉传感器的一种，具有灵敏度高、对被测物体影响小、准确度高等优点，是对动物触须的仿生研究，早在20世纪90年代初国外学者便开始对其展开研究，国内的相关研究还处于起步阶段。目前国内现有的触须传感器大多用于障碍检测，只能输出是否触碰到物体两种状态量；或者通过在触须末端安装电机或其他驱动装置，实现对物体的扫面从而获取物体的形状、大小等外观信息，这种方式耗时长且精度不高，不能实现对物体位置的定位；还有的触须传感器依赖于精密的机械加工工艺或机械结构设计，加工复杂，不易于安装。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种准确定位末端位置的三维触须传感器，能够获取不同的传感器性能，提高测量的灵敏度。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种准确定位末端位置的三维触须传感器，包括：上层电路板2、立柱3、触点传感器4、下层电路板5、柔性触须6、连接件7、磁铁8、霍尔传感器9及紧固件10，所述的上、下层电路板均为PCB电路板且形状大小完全相同，边缘处相同位置分别呈十字型对称分布上层电路板的四个定位孔201和下层电路板的四个定位孔501；其中，所述的上层电路板2中心处有一个大圆孔中心圆孔202为触须可自由移动的范围，圆心与电路板中心重合，圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器9，通过霍尔传感器焊接孔203与电路板连接；所述的下层电路板5中心处固定一个触点传感器4，通过焊盘502与电路板连接；所述的上、下电路板通过立柱3经过上层电路板的四个定位孔201和下层电路板的四个定位孔501进行连接，立柱与电路板之间通过紧固件10进行固定；所述的柔性触须6通过连接件7与触点传感器4连接，通过通孔与磁铁8进行连接；所述的磁铁8上表面与霍尔元件9上表面平齐；所述的传感器信号通过第一焊孔101和第二焊孔102可与外部电路进行连接；上、下层电路板的圆心、触点传感器中心以及磁铁的中心均位于触须所在的直线。优选的，上层电路板2为印刷电路板，其上包括检测电路所需的引线和贴片元件，中心处有一个大圆孔，圆心与电路板中心重合，该圆孔限制了触须及磁铁的运动范围，该圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器9；下层电路板5为印刷电路板，包括检测电路所需的引线和贴片元件，与上层电路板2形状大小完全相同，中心处分布一个触点传感器4。优选的，上层电路板2和下层电路板5的边缘处相同位置分别呈十字型对称分布四个相同的定位孔，定位孔的大小与立柱末端301的直径大小有关，保证立柱末端能够穿过定位孔。优选的，立柱3由三段圆柱连接而成，其中中间段圆柱302较长，直径大于定位孔201直径，两端圆柱301长度略短且有标准外螺纹，直径小于定位孔201直径，与紧固件10配合使用进行固定。优选的，触点传感器4能将压力的变化转换成电压的线性变化输出，该传感器通过焊盘502与下层电路板5焊接在一起。优选的，柔性触须6采用碳纤维材料或柔性金属丝材料，直径0.8mm～1.2mm，长度100mm～200mm，用于将位移传递给磁铁8和触点传感器4。优选的，柔性触须6通过连接件7与触点传感器4进行连接，保证触须6末端与触点传感器4的受力点紧密接触。优选的，磁铁8中心处有一个贯穿上下表面的圆孔，圆孔直径略大于柔性触须6的直径，触须穿过磁铁8并通过粘结剂与磁铁8固定在一起。优选的，以磁铁8的中心为原点建立三维坐标系，磁铁8分别关于X轴和Y轴呈轴对称图形，相对分布的两个霍尔传感器9的连线分别平行于X轴和Y轴，磁铁8的上表面与各个霍尔传感器9的上表面在同一平面。优选的，霍尔传感器9能将磁场的变化转换成电压的线性变化输出，该传感器通过焊接孔203与上层电路板2焊接在一起且垂直于上层电路板2的表面。本专利技术的有益效果为：霍尔传感器和触点传感器的创新性组合使用，扩充了传感器原本的使用功能实现了对触须末端三维位移的测量，从而可以确定被测物体的位置；霍尔传感器和触点传感器的运用，将末端位置的变化转换为磁铁磁场的分布变化以及压力变化，经过放大电路和差分电路的处理，可以检测微小的位移变化，从而提高了测量的灵敏度；检测电路简单，结构紧凑简洁，易于加工、拆卸和组装，便于维护和固定；上、下层电路板之间的距离以及触须的运动范围可以根据需要进行调整，从而获取不同的传感器性能，适用范围广，参数灵活；加工成本低，元器件易获取，有利于大量推广和使用；线性度、重复性好，测量精度高。附图说明图1为本专利技术的传感器整体结构示意图。图2为本专利技术的传感器上层电路板的俯视示意图。图3为本专利技术的下层电路板示意图。图4为本专利技术的触点传感器、连接件以及触须的连接示意图。图5为本专利技术的立柱示意图。其中，101、焊孔；2、上层电路板；201、上层电路板定位孔；202、中心圆孔；203、霍尔传感器焊接孔；3、立柱；301、两端圆柱；302、中间段圆柱；4、触点传感器；5、下层电路板；501、下层电路板定位孔；502、焊盘；6、柔性触须；7、连接件；8、磁铁；9、霍尔传感器；10、紧固件。具体实施方式如图1所示，一种准确定位末端位置的三维触须传感器，包括：上层电路板2、立柱3、触点传感器4、下层电路板5、柔性触须6、连接件7、磁铁8、霍尔传感器9及紧固件10，所述的上、下层电路板均为PCB电路板且形状大小完全相同，边缘处相同位置分别呈十字型对称分布上层电路板的四个定位孔201和下层电路板的四个定位孔501；其中，所述的上层电路板2中心处有一个大圆孔中心圆孔202为触须可自由移动的范围，圆心与电路板中心重合，圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器9，通过霍尔传感器焊接孔203与电路板连接；所述的下层电路板5中心处固定一个触点传感器4，通过焊盘502与电路板连接；所述的上、下电路板通过立柱3经过上层电路板的四个定位孔201和下层电路板的四个定位孔501进行连接，立柱与电路板之间通过紧固件10进行固定；所述的柔性触须6通过连接件7与触点传感器4连接，通过通孔与磁铁8进行连接；所述的磁铁8上表面与霍尔元件9上表面平齐；所述的传感器信号通过第一焊孔101和第二焊孔102可与外部电路进行连接；上、下层电路板的圆心、触点传感器中心以及磁铁的中心均位于触须所在的直线。如图2所示，上层电路板均为PCB电路板且为直径50mm的圆形，其表面包括检测电路所需的引线和贴片元件，边缘处呈十字型对称分布四个定位孔，定位孔直径3mm，且各个定位孔与电路板圆心距均为20mm。上层电路板2中心处有一个直径20mm的圆孔，圆心与电路板圆心重合，该圆孔保证了触须在移动的过程中磁铁的移动范围不超过该圆孔的范围。圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器9，分别测量X方向和Y方向的磁场变化，通过焊接的方式与电路板上的焊接孔进行连接。如图3所示，下层电路板5为PCB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种准确定位末端位置的三维触须传感器，其特征在于，包括：上层电路板(2)、立柱(3)、触点传感器(4)、下层电路板(5)、柔性触须(6)、连接件(7)、磁铁(8)、霍尔传感器(9)及紧固件(10)，所述的上、下层电路板均为PCB电路板且形状大小完全相同，边缘处相同位置分别呈十字型对称分布上层电路板的四个定位孔(201)和下层电路板的四个定位孔(501)；其中，所述的上层电路板(2)中心处有一个大圆孔中心圆孔(202)为触须可自由移动的范围，圆心与电路板中心重合，圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器(9)，通过霍尔传感器焊接孔(203)与电路板连接；所述的下层电路板(5)中心处固定一个触点传感器(4)，通过焊盘(502)与电路板连接；所述的上、下电路板通过立柱(3)经过上层电路板的四个定位孔(201)和下层电路板的四个定位孔(501)进行连接，立柱与电路板之间通过紧固件(10)进行固定；所述的柔性触须(6)通过连接件(7)与触点传感器(4)连接，通过通孔与磁铁(8)进行连接；所述的磁铁(8)上表面与霍尔元件(9)上表面平齐；所述的传感器信号通过第一焊孔(101)和第二焊孔(102)可与外部电路进行连接；上、下层电路板的圆心、触点传感器中心以及磁铁的中心均位于触须所在的直线。...

【技术特征摘要】
1.一种准确定位末端位置的三维触须传感器，其特征在于，包括：上层电路板(2)、立柱(3)、触点传感器(4)、下层电路板(5)、柔性触须(6)、连接件(7)、磁铁(8)、霍尔传感器(9)及紧固件(10)，所述的上、下层电路板均为PCB电路板且形状大小完全相同，边缘处相同位置分别呈十字型对称分布上层电路板的四个定位孔(201)和下层电路板的四个定位孔(501)；其中，所述的上层电路板(2)中心处有一个大圆孔中心圆孔(202)为触须可自由移动的范围，圆心与电路板中心重合，圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器(9)，通过霍尔传感器焊接孔(203)与电路板连接；所述的下层电路板(5)中心处固定一个触点传感器(4)，通过焊盘(502)与电路板连接；所述的上、下电路板通过立柱(3)经过上层电路板的四个定位孔(201)和下层电路板的四个定位孔(501)进行连接，立柱与电路板之间通过紧固件(10)进行固定；所述的柔性触须(6)通过连接件(7)与触点传感器(4)连接，通过通孔与磁铁(8)进行连接；所述的磁铁(8)上表面与霍尔元件(9)上表面平齐；所述的传感器信号通过第一焊孔(101)和第二焊孔(102)可与外部电路进行连接；上、下层电路板的圆心、触点传感器中心以及磁铁的中心均位于触须所在的直线。2.如权利要求1所述的准确定位末端位置的三维触须传感器，其特征在于，上层电路板(2)为印刷电路板，其上包括检测电路所需的引线和贴片元件，中心处有一个大圆孔，圆心与电路板中心重合，该圆孔限制了触须及磁铁的运动范围，该圆孔边缘呈十字型对称分布四个霍尔传感器(9)；下层电路板(5)为印刷电路板，包括检测电路所需的引线和贴片元件，与上层电路板(2)形状大小完全相同，中心处分布一个触点传感器(4)。3.如权利要求1所述的准确定位末端位置的三维触须传感器，其特征在于，上层电路板(2)和下层电路板(5)的边缘处相同位置分别呈十字型对称...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱国，冷明鑫，徐宝国，李会军，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32