一种基于磁传感的指尖触觉传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于磁传感的指尖触觉传感器及其制备方法，该指尖触觉传感器包括指尖基座，所述指尖基座设置有凹槽；所述指尖基座的凹槽内，依次设置有磁传感器、支撑板、弹性薄膜和若干个触点；所述指尖基座上安装有盖板；所述盖板设置有若干个孔，使触点露出盖板表面；所述触点的底部设置有凹槽，所述触点的凹槽内安装有永磁体。本发明专利技术能实现对多触点的压力检测且制造工艺简单，成本较低，可适用于大规模的商业化应用；采用磁传感方式，在无强磁场的日常环境下抗干扰能力强；可以通过选择不同弹性模量的硅橡胶来调节指尖触觉传感器的量程和灵敏度；传感器外观结构为指尖形态，可以更好地集成到机械手本体中。可以更好地集成到机械手本体中。可以更好地集成到机械手本体中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁传感的指尖触觉传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及机器人传感
，尤其涉及一种基于磁传感的指尖触觉传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]机器人与环境、物体交互过程中存在诸多复杂的接触信息，将触觉传感器有效地应用于机器人中，能够帮助机器人理解现实世界中物体的交互行为，这些行为的辨识取决于对触觉信息的解释和表达。然而，大多数机器人感知系统由于缺乏触觉传感技术的有效支撑，其动作不准确、不稳定，交互过程“笨拙”，极大地限制了它们的交互和认知能力。
[0003]就目前触觉传感器的研究而言，传感功能不再局限于单点式的感应，而是朝着多触点感知方向发展，多点压力感知能够获取更多的触觉信息因而受到越来越多的研究学者关注，同时为了更好地适应环境，传感器的基体也逐渐朝着柔性化方向发展。柔性多触点压力传感器的传感机制主要可以分为电容、压阻、压电、光学和摩擦电等。电容式触觉传感器灵敏度高且易于制造，但容易受到周围环境寄生电容的干扰，且力的量程一般较小，在机械手上的实际应用具有局限性。压阻式触觉传感器抗干扰能力强，结构也较简单，但其在传感过程中具有迟滞特性，这导致重复性较差，需要进行专门的信号处理，而且也容易受环境温度影响。磁性触觉传感器灵敏度高，在远离强磁的日常环境中抗干扰能力强，体积普遍比电容式或压阻式传感器要大，压电式传感器和摩擦纳米发电式传感器的响应频率高，灵敏度高，但是只能适用于动态力检测场景。因此根据不同应用场景选择合适的传感机制就显得尤为重要。
[0004]尽管近年来触觉传感领域的研究获得了众多突破性的进展，然而，其在实际应用中仍然面临很多挑战，尤其是能够实际应用在机械手上进行日常精细操作辅助的指尖触觉传感器还是较少，具备商业化潜力的传感器方案更是稀少。因此，开发具有高度灵敏、抗干扰能力强、低功耗以及多点压感的指尖触觉传感器仍然是一项紧迫的任务。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了克服现有机器人传感技术中指尖触觉传感器灵敏度低、稳定性不高且很难集成在机械手上，导致无法实现机械手灵巧操作应用的技术问题，提供一种指尖触觉传感器及其制备方法，该方案基于磁传感原理实现压力传感，所述指尖触觉传感器可实现对多触点压力大小和作用位置的检测且制造成本较低，可以集成在机械手上进行实际应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于磁传感的指尖触觉传感器，包括指尖基座，所述指尖基座设置有凹槽；所述指尖基座的凹槽内，依次设置有磁传感器、支撑板、弹性薄膜和若干个触点；所述指尖基座上安装有盖板；所述盖板设置有若干个孔，使触点露出盖板表面；所述触点的底部设置有凹槽，所述触点的凹槽内安装有永磁体。
[0007]进一步地，所述磁传感器由PCB板、若干个霍尔元件和柔性排线组成；所述PCB板上
设置有若干个霍尔元件和柔性排线；所述PCB板固定在指尖基座上。
[0008]进一步地，所述PCB板上的若干个霍尔元件阵列分布。
[0009]进一步地，所述弹性薄膜上的若干个触点阵列分布。
[0010]进一步地，所述指尖基座的凹槽的两侧设置有插槽，用于安装支撑板。
[0011]进一步地，所述指尖基座和盖板通过卡扣方式安装。
[0012]进一步地，所述指尖基座设置有滑槽，用于盖板的安装。
[0013]进一步地，所述弹性薄膜为Ecoflex 0030或PDMS薄膜。
[0014]进一步地，所述支撑板设置有若干个通孔；所述支撑板的若干个通孔，上与若干个触点一一对应，下与若干个霍尔元件一一对应。
[0015]一种上述的指尖触觉传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0016](1)制作磁传感器：在PCB板上固定安装若干个霍尔元件，并安装柔性排线充当磁传感器引出线；
[0017](2)制备弹性薄膜：将双组份室温固化铂催化硅橡胶1:1注入模具，在0.1MPa的负压下抽离铂催化硅橡胶中的气泡并保持直至固化，固化后剥离；
[0018](3)传感器装配：磁传感器贴合在指尖基座上，而后安装支撑板，支撑板上粘附弹性薄膜，永磁体与触点组装并倒装入盖板的孔内，最后指尖基座与盖板卡紧。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：(1)所述传感器可实现对多触点的压力检测且制造工艺简单，成本较低，可适用于大规模的商业化应用；(2)采用磁传感方式，在无强磁场的日常环境下抗干扰能力强，且传感信号具有线性特征，能够提高压力测量精度；(3)制作简单，可以通过选择不同弹性模量的硅橡胶来调节指尖触觉传感器的量程和灵敏度。。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的爆炸图；
[0021]图2是本专利技术的总装图；
[0022]图3是本专利技术的俯视图；
[0023]图4是本专利技术的剖视图；。
[0024]图5是本专利技术实际压力测量的结果图
[0025]图中：指尖基座1，PCB板2，霍尔元件3，柔性排线4，支撑板5，弹性薄膜6，永磁体7，触点8，盖板9。
具体实施方式
[0026]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]实施例：
[0028]如图1至图4所示，一种基于磁传感的指尖触觉传感器，包括：用于安装各零件的基座1，用于传感器集成的PCB板2，用于感受磁场变化的霍尔元件3，用于传感器信号输出的柔性排线4，用于弹性薄膜6安装的支撑板5，用于磁场产生的永磁体7，用于承受外力的触点8以及用于触点8禁锢的盖板9。基座1和盖板9通过3D打印技术制造，霍尔元件3焊接固定在
PCB板2上，柔性排线4也通过焊接方式固定在PCB板2上，弹性薄膜6与支撑板5之间使用硅胶粘接剂进行附着，永磁体7安装在触点8的凹槽内并通过胶水固定，而后把触点8分别放入到盖板9的孔内，与指尖基座1进行装配，通过卡扣方式进行禁锢；具体的，盖板9通过指尖基座1的滑槽进行禁锢。
[0029]其中，磁传感器采用线性霍尔元件，输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压，可以提高力与传感信号映射的准确性。弹性薄膜采用低弹性模量的硅胶，具有大形变特性，可以提高传感器对于微小作用力的响应能力。传感器内部的信号线以柔性排线(FPC)的形式引出，可以很好地贴合在机器人的表面，提高了集成在机械手上的可能性。
[0030]在一实施例中，所述PCB板2上的若干个霍尔元件3阵列分布。
[0031]在一实施例中，所述弹性薄膜6上的若干个触点8阵列分布。
[0032]在一些实施例中，所述弹性薄膜6为Ecoflex、PDMS等低弹性模量硅胶；优选Ecoflex 0030。
[0033]在一实施例中，所述支撑板5设置有若干个通孔；所述支撑板5的若干个通孔，上与若干个触点8一一对应，下与若干个霍尔元件3一一对应。
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于磁传感的指尖触觉传感器，其特征在于，包括指尖基座(1)，所述指尖基座(1)设置有凹槽；所述指尖基座(1)的凹槽内依次设置有磁传感器、支撑板(5)、弹性薄膜(6)和若干个触点(8)；所述指尖基座(1)上安装有盖板(9)；所述盖板(9)设置有若干个孔，使触点(8)露出盖板表面；所述触点(8)的底部设置有凹槽，所述触点(8)的凹槽内安装有永磁体(7)。2.根据权利要求1所述的一种基于磁传感的指尖触觉传感器，其特征在于，所述磁传感器由PCB板(2)、若干个霍尔元件(3)和柔性排线(4)组成；所述若干个霍尔元件(3)和柔性排线(4)设置PCB板(2)上；所述PCB板(2)固定在指尖基座(1)上。3.根据权利要求2所述的一种基于磁传感的指尖触觉传感器，其特征在于，所述霍尔元件(3)在PCB板(2)上阵列分布。4.根据权利要求1所述的一种基于磁传感的指尖触觉传感器，其特征在于，所述触点(8)在弹性薄膜(6)上阵列分布。5.根据权利要求1所述的一种基于磁传感的指尖触觉传感器，其特征在于，所述指尖基座(1)的凹槽的两侧设置有插槽，用于安装支撑板(5)。6.根据权利要求1所述的一种基于磁传感的指...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟海良，施怡潇，周凌轩，钱鑫，鲍官军，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：