[发明专利]一种耐冲击磁性液体触觉传感器

说明书

一种耐冲击磁性液体触觉传感器，适用于对复杂表面轮廓进行测量。该传感器包括：悬浮力永久磁铁(1)，非导磁外壳(2)，第一霍尔元件(3‑1)，第二霍尔元件(3‑2)，非导磁金属块(4)，滚轮(5)，直线轴承(6)，触觉连杆(7)，激励永久磁铁(8)，磁性液体(9)。当非导磁金属块(4)向上移动时，第一霍尔元件(3‑1)处磁场增强，第二霍尔元件(3‑2)处磁场减弱，此时外部电桥电路将输出正向电压信号，表示待测表面轮廓出现凹坑；当非导磁金属块(4)向下移动时，第一霍尔元件(3‑1)处磁场减弱，第二霍尔元件(3‑2)处磁场增强，此时外部电桥电路将输出反向电压信号，表示待测表面轮廓出现突起。

技术领域

本发明属于传感器领域，适用于对复杂表面轮廓进行测量。

背景技术

目前随着传感技术的发展，触觉传感器的形式日渐多样，目前常见的触觉传感器的主要形式包括电容式和电阻式：例如专利《触觉传感器》(专利申请号：201310632826.5)，《触觉传感器以及构成该触觉传感器的触觉传感器单元》(专利申请号：201880018515.0)，《接近触觉传感器》(专利申请号：201780043020.9)等，都提出了通过剪切力作用于电介质，进而造成静电电容的变化，从而检测外部激励；例如专利《主动式触觉传感器》(专利申请号：201610894052.7)《多层触觉传感器》(专利申请号：201810400690.8)等，都是利用压电效应，外部压力的变化造成内部柔性电阻层的阻值发生变化，从而检测外部激励。

以上形式的触觉传感器一方面抗冲击能力较弱，另一方面受力面较大，无法完成对细小区域的精准触控感知。

发明内容

本发明需要解决的技术问题：现有的触觉传感器抗冲击能力较弱，测量范围受限的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种耐冲击磁性液体触觉传感器，该传感器包括：悬浮力永久磁铁，非导磁外壳，第一霍尔元件，第二霍尔元件，非导磁金属块，滚轮，直线轴承，触觉连杆，激励永久磁铁，磁性液体。

该传感器各部分之间的连接：

将非导磁金属块的中心与触觉连杆的端部固定，然后通过直线轴承将触觉连杆约束在非导磁外壳上部圆孔内，之后将滚轮与触觉连杆位于非导磁外壳外部的端部固定，再将磁性液体注入到非导磁外壳的腔内直至充满后密封，此时由于非导磁金属块的密度远远大于磁性液体，因此非导磁金属块将沉浸在磁性液体的底部，此时将悬浮力永久磁铁固定在非导磁外壳的底部，悬浮力永久磁铁在磁性液体内部产生竖直方向的非均匀磁场，磁场梯度方向竖直向下，根据铁磁流体伯努利方程以及磁性液体的一阶浮力原理可知，非导磁金属块将带着触觉连杆悬浮在磁性液体中的某一平衡位置，然后将激励永久磁铁固定在非导磁外壳的一侧，再将第一霍尔元件和第二霍尔元件上下并排布置在激励永久磁铁的对侧，第一霍尔元件和第二霍尔元件通过差动方式与外部电桥电路连接。

将耐冲击触觉传感器上部的滚轮与待测表面轮廓接触，调整到适当位置使得非导磁金属块位于第一霍尔元件和第二霍尔元件的中间位置，此时激励永久磁铁在第一霍尔元件和第二霍尔元件处产生的磁场相同，由于第一霍尔元件和第二霍尔元件只对垂直穿过其表面的磁力线有响应，因此悬浮力永久磁铁在第一霍尔元件和第二霍尔元件处形成的平行磁场对第一霍尔元件和第二霍尔元件的电信号输出无影响，于是外部电桥电路输出电压信号为零，此时为耐冲击磁性液体触觉传感器的初始位置。耐冲击磁性液体触觉传感器在水平方向移动的过程中，触觉连杆将随着待测表面轮廓的高低而上下移动，触觉连杆将带动非导磁金属块上下移动，当非导磁金属块向上移动时，第一霍尔元件处磁场增强，第二霍尔元件处磁场减弱，此时外部电桥电路将输出正向电压信号，表示待测表面轮廓出现凹坑；当非导磁金属块向下移动时，第一霍尔元件处磁场减弱，第二霍尔元件处磁场增强，此时外部电桥电路将输出反向电压信号，表示待测表面轮廓出现突起，通过输出电压信号的正负能够间接反映待测表面轮廓，滚轮的作用是将滑动摩擦变位滚动摩擦，减小耐冲击磁性液体触觉传感器的机械磨损。

本发明的有益效果：