一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器制造技术

本发明专利技术涉及触觉传感技术领域，具体提供一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，包括磁致伸缩触觉传感器、弯曲度传感器和温度传感器，所述磁致伸缩触觉传感器对物体的软硬度、形状进行识别，弯曲度传感器对物体的尺寸大小进行识别，所述温度传感器对物体的温度分布进行识别。本发明专利技术可以感知抓取物体的硬度、尺寸、温度等信息，通过多模态信息实现对物体的精准识别和分类。将多模态触觉传感器阵列安放在机械手指上，通过对传感器的信号分析对不同硬度、尺寸、形状、温度的物体进行准确是识别和分类。和分类。和分类。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器


[0001]本专利技术涉及触觉传感
，特别涉及一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器。

技术介绍

[0002]近年来，随着人工智能技术的发展，机器人精密操作的探索将是未来研究的重要方向。触觉是人类探索周围环境时不可替代的信息来源。它将压力、振动和温度等多种感官信息传递给中枢神经系统，在处理目标的材料特征和细节形状方面比视觉更具优势。随着现代信息化、科技化、工业化的不断发展，以机器人为代表的新兴智能产业蓬勃兴起。人们期待着未来能够研发出可以替代人类工作的仿生机器人。目前，机器人技术的发展特点及趋势是人与机器的交互融合。
[0003]触觉是人类通过皮肤感知外界环境的一种形式，机器人触觉主要感知机器人与外界环境接触时的温度、湿度、压力和振动等物理量，以及目标物体材质的软硬程度、物体形状、结构大小和温度等信息。单一传感器在对物体进行测量时获取的信息太少，智能机器人在复杂环境下进行工作时需要多种传感器相互之间精确的配合才能完成，多方位、多模态的感知信息能够更全面地探知物体的属性。为了使机械手的操作更为准确，需要在机械手上安装多模态触觉传感器，以获得物体的温度、尺寸、硬度等触觉信息，实现对物体的准确识别和分类。

技术实现思路

[0004]提供了本申请以解决
技术介绍
中提出的技术问题。因此需要一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，首先设计了一种磁致伸缩触觉传感器，然后与温度传感器、弯曲度传感器集成为多模态触觉传感器阵列，可安放在机械手指上对物体进行抓取，可以感知抓取物体的硬度、形状、尺寸、温度等信息。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，其采用的技术方案如下：
[0006]一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，包括磁致伸缩触觉传感器、弯曲度传感器和温度传感器，所述磁致伸缩触觉传感器对物体的软硬度、形状进行识别，弯曲度传感器对物体的尺寸大小进行识别，所述温度传感器对物体的温度分布进行识别。
[0007]进一步地，4个磁致伸缩触觉传感器和2个温度传感器构成一个2x3的柔性复合传感器阵列，然后和弯曲度传感器结合为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器阵列。
[0008]进一步地，所述磁致伸缩触觉传感器包括铁镓丝、永磁体、TMR传感器、触头和基座；所述铁镓丝固定在基座上，所述永磁体放置在基座的上侧，所述TMR传感器作为信号采集单元，设置在基座下端，以感测周围磁场变化，并产生输出电压，所述触头作为力传感元件，固定于所述铁镓丝的顶端，所述铁镓丝的一端与所述TMR传感器相连，另一端与触头相连，当外界给触头施加一个竖直方向的力时，使铁镓丝受力发生形变，所述永磁体为传感器
提供偏置磁场，根据逆磁致伸缩效应，所述铁镓丝内部磁畴发生偏转，导致磁感应强度发生改变，所述TMR传感器通过检测铁镓丝内部的磁感应强度变化，以电压信号形式输出。
[0009]进一步地，所述温度传感器包括薄膜电阻，所述薄膜电阻的温度
‑
电阻特性关系为：
[0010]R
T
＝R0[1+aT
‑
bT2‑
cT3(T
‑
100)][0011]其中，R
T
为温度T时的电阻值，R0为0℃时的电阻值，T2＝100℃，T3＝200℃，a、b、c为系数。
[0012]进一步地，所述弯曲度传感器包括电阻感应区域、传感模块和微控制器，所述电阻感应区域的信号输出端连接所述传感模块的信号输入端，所述传感模块的信号输出端连接所述微控制器的信号输入端。
[0013]进一步地，所述感应区域由电阻条构成，不同的弯曲度会改变电阻值，根据电阻变化判断弯曲角度。
[0014]进一步地，所述传感模块包括依次连接的调节电路和放大电路，所述调节电路将电阻变化转换为模拟信号，所述放大电路对模拟信号进行放大，所述微控制器对信号进行处理，最后转换为电压信号。
[0015]进一步地，所述多模态触觉传感器阵列集成在一柔性电路板上。
[0016]进一步地，所述柔性电路板为双层板。
[0017]进一步地，所述双层板具有6个连接单元和14个输出，所述6个连接单元中，连接磁致伸缩触觉传感器的连接单元由5个焊盘组成，连接温度传感器的连接单元由2个焊盘组成。
[0018]本专利技术的有益效果是：根据本专利技术的一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，可以感知抓取物体的硬度、尺寸、温度等信息，通过多模态信息实现对物体的精准识别和分类。将多模态触觉传感器阵列安放在机械手指上，通过对传感器的信号分析对不同硬度、尺寸、形状、温度的物体进行准确是识别和分类。
附图说明
[0019]在不一定按比例绘制的附图中，相同的附图标记可以在不同的视图中描述相似的部件。具有字母后缀或不同字母后缀的相同附图标记可以表示相似部件的不同实例。附图大体上通过举例而不是限制的方式示出各种实施例，并且与说明书以及权利要求书一起用于对所公开的实施例进行说明。在适当的时候，在所有附图中使用相同的附图标记指代同一或相似的部分。这样的实施例是例证性的，而并非旨在作为本装置或方法的穷尽或排他实施例。
[0020]图1为温度传感器的参数；
[0021]图2为弯曲度传感器的结构示意图；
[0022]图3为磁致伸缩触觉传感单元的结构图；
[0023]图4为磁致伸缩触觉传感单元的触头立体图；
[0024]图5为磁致伸缩触觉传感单元的基座立体图；
[0025]图6为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感阵列的立体图；
[0026]图7为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感阵列的电路板俯视图；
[0027]图8为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器的磁致伸缩触觉传感单元的静态输出特性；
[0028]图9为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感的弯曲度传感器的输出电压和弯曲度的关系图；
[0029]图10为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器的温度传感器的标定曲线；
[0030]图11为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感阵列的传感器分布图；
[0031]图12为根据本专利技术实施的机械手抓取棒球时磁致伸缩触觉传感阵列的输出电压随时间变化的示意图；
[0032]图13为根据本专利技术实施的机械手抓取棒球时弯曲度传感阵列的输出电压随时间变化的示意图；
[0033]图14为根据本专利技术实施的机械手抓取软胶块时磁致伸缩触觉传感阵列的输出电压随时间变化的示意图；
[0034]图15为根据本专利技术实施的机械手抓取软胶块时弯曲度传感单元的输出电压随时间变化的示意图；
[0035]图16为根据本专利技术实施的机械手抓取热咖啡时磁致伸缩触觉传感阵列的输出电压随时间变化的示意图；
[0036]图17为根据本专利技术实施的机械手抓取热咖啡时弯曲度传感阵列的输出电压随时间变化的示意图；
[0037]图18为根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，其特征在于，包括磁致伸缩触觉传感器、弯曲度传感器和温度传感器，所述磁致伸缩触觉传感器对物体的软硬度、形状进行识别，弯曲度传感器对物体的尺寸大小进行识别，所述温度传感器对物体的温度分布进行识别。2.如权利要求1所述的基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，其特征在于，4个磁致伸缩触觉传感器和2个温度传感器构成一个2x3的柔性复合传感器阵列，然后和弯曲度传感器结合为基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器阵列。3.如权利要求1或2所述的基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，其特征在于，所述磁致伸缩触觉传感器包括铁镓丝、永磁体、TMR传感器、触头和基座；所述铁镓丝固定在基座上，所述永磁体放置在基座的上侧，所述TMR传感器作为信号采集单元，设置在基座下端，以感测周围磁场变化，并产生输出电压，所述触头作为力传感元件，固定于所述铁镓丝的顶端，所述铁镓丝的一端与所述TMR传感器相连，另一端与触头相连，当外界给触头施加一个竖直方向的力时，使铁镓丝受力发生形变，所述永磁体为传感器提供偏置磁场，根据逆磁致伸缩效应，所述铁镓丝内部磁畴发生偏转，导致磁感应强度发生改变，所述TMR传感器通过检测铁镓丝内部的磁感应强度变化，以电压信号形式输出。4.如权利要求1或2所述的基于磁致伸缩逆效应的多模态触觉传感器，其特征在于，所述温度传感器包括薄膜电阻，所述薄膜电阻的温度
‑
电阻特性关系为：R
T
＝R0[1+aT
...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁玲，刘凯乐，李卓林，齐芳芳，张辉，姜胜旺，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：