[发明专利]一种基于L形铁镓丝的大测力范围柔性触觉传感阵列

说明书

本发明公开一种基于L形铁镓丝的大测力范围柔性触觉传感阵列，包括集成板和触觉传感阵列，触觉传感阵列包括若干均匀分布的触觉传感单元；触觉传感单元包括底座，底座底端与集成板顶端固定连接，底座顶端中心固定设置有传感元件，底座顶端固定设置有铁镓丝和永磁体，铁镓丝为L形，铁镓丝一端与底座顶端固定连接，铁镓丝另一端固定连接有触头，触头与传感元件上下对应设置；集成板顶端与底座底端固定连接，集成板底端设置有输出端排线，提高了触觉传感阵列的检测范围和检测精度。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，特别是涉及一种基于L形铁镓丝的大测力范围柔性触觉传感阵列。

背景技术

智能机械手在工业生产与装配领域的应用愈加广泛，为了能够更好地提高生产与装配效率，赋予机械手与人类相仿触觉成为了目前的研究热点。现有磁致伸缩触觉传感阵列大部分都以悬臂梁式铁镓丝作为感知部分，当铁镓丝首端受到压力时，其内部会产生磁感应强度的变化，利用霍尔元件检测铁镓丝尾端产生的磁场变化可以实现力-磁-电信号之间的转换。这种类型的触觉传感阵列具有响应速度快、成本低，可同时检测静态力与动态力的优点。但目前的磁致伸缩触觉传感器阵列的最大测力范围仅为0-4N，这是由于悬臂梁式铁镓丝在承受较大压力时无法恢复到初始状态，从而彻底破坏触觉传感器的性能，因此为了增强触觉传感器的可靠性，只能限定其在较小的压力范围内工作。由于悬臂式铁镓丝只能沿水平方向排布，整个触觉传感器只有前半部分能够检测外部压力，这会影响触觉传感器与物体之间的接触从而造成检测结果的不准确。

L形铁镓丝是一种具有良好抗压性能的结构，当压力施加在L形铁镓丝的横梁上时，由于弯矩的作用会使竖梁弯曲，从而在其内侧产生磁感应强度的变化，但这种漏磁场很微弱，利用霍尔元件难以检测。

TMR(隧道磁阻传感器)元件作为一种新型的磁传感器，具有灵敏度高、体积小、便于集成等优点；目前TMR元件已广泛用于弱磁场检测领域，如：汽车定位，电流传感器等。

发明内容

本发明的目的是针对现有触觉传感器阵列测力范围较小，触觉传感单元与物体间接触不良，安装在机械手上无法抓取质量大的物体等问题，提供的一种基于L形铁镓丝的大测力范围柔性触觉传感阵列，该阵列由9个触觉传感单元组成，触觉传感单元的感知部分选用在低磁场下具有显著逆磁致伸缩效应的L形铁镓合金丝(Fe₈₃Ga₁₇)，以TMR元件作为测量部分进行磁与电信号之间的转换；在中心镂空底座的第二容纳槽内分别安置圆柱永磁体为L形铁镓丝提供偏置磁场。当触头受到压力时，L形铁镓丝的横梁向下弯曲，并为竖梁提供一个顺时针弯矩，竖梁在弯矩作用下其内侧磁畴会产生偏转，从而引起磁感应强度发生改变，嵌入在底座中心镂空区域的TMR元件检测X轴正方向磁场的微弱变化，内部磁阻改变，并由电桥电路将磁阻的变化转化为电压信号。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种基于L形铁镓丝的大测力范围柔性触觉传感阵列，包括集成板和触觉传感阵列，所述触觉传感阵列包括若干均匀分布的触觉传感单元；

所述触觉传感单元包括底座，所述底座底端与所述集成板顶端固定连接，所述底座顶端中心固定设置有传感元件，所述底座顶端固定设置有铁镓丝和永磁体，所述铁镓丝为L形，所述铁镓丝一端与所述底座顶端固定连接，所述铁镓丝另一端固定连接有触头，所述触头与所述传感元件上下对应设置；

所述集成板顶端与所述底座底端固定连接，所述集成板底端设置有输出端排线。

优选的，所述底座顶端一侧开设有第一容纳槽和第二容纳槽，所述第二容纳槽位于所述第一容纳槽两侧，所述第一容纳槽内固定设置有所述铁镓丝一端，所述第二容纳槽内固定设置有所述永磁体。

优选的，所述铁镓丝的数量为3根，所述铁镓丝经800℃高温退火后定型，所述铁镓丝的横梁和竖梁截面均为圆形，所述横梁和所述竖梁之间的夹角为90°，所述横梁远离所述竖梁的一端与所述触头固定连接，所述竖梁底端固定设置在所述第一容纳槽内，所述第一容纳槽的数量与所述铁镓丝的数量相对应。