CN111412831B - 一种耐冲击磁性液体触觉传感器 - Google Patents

一种耐冲击磁性液体触觉传感器 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种耐冲击磁性液体触觉传感器
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：
由于非导磁金属块与触觉连杆相连并悬浮在磁性液体中，因此面对外界施加在触觉连杆上的冲击振动，能够够被磁性液体吸收，从而保证触觉连杆不受损伤，因此该传感器具有较强的耐冲击性，此外，由于触觉连杆直径小，便于针对内凹的复杂曲面进行探测分析，因此该传感器具有更广泛的应用范围。
附图说明
图1一种耐冲击磁性液体触觉传感器。
图中：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。
具体实施方式
以附图1为具体实施方式对本发明作进一步说明：
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。
该传感器各部分之间的连接：
将非导磁金属块4的中心与触觉连杆7的端部固定，然后通过直线轴承6将触觉连杆7约束在非导磁外壳2上部圆孔内，之后将滚轮5与触觉连杆7位于非导磁外壳2外部的端部固定，再将磁性液体9注入到非导磁外壳2的腔内直至充满后密封，此时由于非导磁金属块4的密度远远大于磁性液体9，因此非导磁金属块4将沉浸在磁性液体9的底部，此时将悬浮力永久磁铁1固定在非导磁外壳2的底部，悬浮力永久磁铁1在磁性液体9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4将带着触觉连杆7悬浮在磁性液体9中的某一平衡位置，然后将激励永久磁铁8固定在非导磁外壳2的一侧，再将第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2上下并排布置在激励永久磁铁8的对侧，第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2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5与待测表面轮廓接触，调整到适当位置使得非导磁金属块4位于第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2的中间位置，此时激励永久磁铁8在第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2处产生的磁场相同，由于第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2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1在第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2处形成的平行磁场对第一霍尔元件3-1和第二霍尔元件3-2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7将随着待测表面轮廓的高低而上下移动，触觉连杆7将带动非导磁金属块4上下移动，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，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5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。
由于非导磁金属块4与触觉连杆7相连并悬浮在磁性液体9中，因此面对外界施加在触觉连杆7上的冲击振动，能够够被磁性液体9吸收，从而保证触觉连杆7不受损伤，因此该传感器具有较强的耐冲击性，此外，由于触觉连杆7直径小，便于针对内凹的复杂曲面进行探测分析，因此该传感器具有更广泛的应用范围。

Claims (1)

1.一种耐冲击磁性液体触觉传感器，其特征在于：
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)；
非导磁金属块(4)的中心与触觉连杆(7)的端部固定，然后通过直线轴承(6)将触觉连杆(7)约束在非导磁外壳(2)上部圆孔内，之后将滚轮(5)与触觉连杆(7)位于非导磁外壳(2)外部的端部固定，再将磁性液体(9)注入到非导磁外壳(2)的腔内直至充满后密封，将悬浮力永久磁铁(1)固定在非导磁外壳( 2) 的底部，此时非导磁金属块(4)将带着触觉连杆(7)悬浮在磁性液体(9)中，然后将激励永久磁铁(8)固定在非导磁外壳(2)的一侧，再将第一霍尔元件(3-1)和第二霍尔元件(3-2)上下并排布置在激励永久磁铁(8)的对侧，第一霍尔元件(3-1)和第二霍尔元件(3-2)通过差动方式与外部电桥电路连接。
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