CN111830570A - 一种仿生鼠须传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种仿生鼠须传感器，包括：圆柱形壳体，为由十字形固定顶盖、圆柱形外壳和底盖组成的封闭壳体结构，内部具有中空腔体结构，用于容纳触碰感应单元；触碰感应单元，包括记忆金属丝、触碰球、记忆金属弹簧和感应电极，记忆金属丝、触碰球和记忆金属弹簧从上至下依次相连，记忆金属丝上端伸出圆柱形壳体外，记忆金属弹簧固定于底盖上，感应电极贴于外壳的内表面；导线，其一端与感应电极相连，另一端通过静电高阻计与信号采集器相连。本发明结构简单，制作方便，无需外部供电且可灵敏感应外界物体的表面特征；极大的填补了机器人在触觉感知方面的空白，尤其在复杂危险的环境中提高了机器人的感知能力。
Description
技术领域
本发明属于利用摩擦纳米发电技术领域以及仿生技术领域，涉及一种通过触碰外界物体并将其转化为电信号的技术，具体而言，尤其涉及一种仿生鼠须传感器。
背景技术
随着机器人技术的快速发展，未来机器人领域将面临诸多挑战。这迫使机器人的感知需求不断增加、感知精度不断提高，而传感器是其实现感知的主要设备之一。利用传感器，机器人可以模仿人类完成视觉感知、听觉感知与触觉感知等。目前机器人在感知外界环境时，主要依靠视觉传感器和听觉传感器对未知物体进行探测、识别、定位等操作，但这些传感器感知精度可能会受到黑暗、嘈杂的环境条件限制。而触觉传感器可以直接接触物体表面，从而使感知精度得到极大的提高。
发明内容
根据上述提出的目前机器人在感知外界环境时，主要依靠视觉传感器和听觉传感器对未知物体进行探测、识别、定位等操作，但这些传感器感知精度可能会受到黑暗、嘈杂的环境条件限制的技术问题，而提供一种仿生鼠须传感器。本发明主要利用利用摩擦起电和静电感应产生电流，当无外界物体碰撞触须时，触碰球与感应电极之间不会发生摩擦产生感应电荷，当在外界物体的触碰下，触须将依从物体表面特征发生弯曲偏转，触碰球随之发生偏转，向感应电极靠近或直接接触摩擦，从而产生感应电荷；由于记忆金属弹簧的作用，触碰球从感应电极表面分离；当外界物体从另一方面触碰时，产生的电荷转移方向与之相反。
本发明采用的技术手段如下：
一种仿生鼠须传感器，包括：
圆柱形壳体，为由十字形固定顶盖、圆柱形外壳和底盖组成的封闭壳体结构，内部具有中空腔体结构，用于容纳触碰感应单元；所述十字形固定顶盖从上至下为渐缩式圆柱结构，下部的圆柱结构插入所述外壳的顶部；所述十字形固定顶盖上开设有贯穿十字形开口以限制触须的运动；所述底盖从下至上为渐缩式圆柱结构，上部的圆柱结构插入所述外壳的底部；
触碰感应单元，包括记忆金属丝、触碰球、记忆金属弹簧和感应电极，所述记忆金属丝、所述触碰球和所述记忆金属弹簧从上至下依次相互连接，所述记忆金属丝的上端经所述十字形开口伸出所述圆柱形壳体外，所述记忆金属弹簧固定于所述底盖的上部圆柱结构上，所述感应电极贴于所述外壳的内表面，关于所述外壳的中轴线呈对称设置；
导线，其一端与所述感应电极相连，另一端与静电高阻计相连，通过所述导线传输的数据保存至信号采集器。
进一步地，所述记忆金属丝在长度方向上由粗到细，以提高灵敏度。
进一步地，所述感应电极的材料为导电材料薄膜或单层导电材料。
进一步地，所述感应电极选用金属材料或非金属材料，所述金属材料为铜或铝，所述非金属材料为石墨；
所述感应电极的外表面分布有微米或次微米量级的微结构，所述微结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构；
由所述纳米线、纳米管或纳米棒组成的纳米阵列，为通过光刻蚀或等离子刻蚀方法制备的线状、立方体或四棱锥形状的阵列；所述阵列中所述纳米线、纳米管或纳米棒的尺寸在纳米到微米量级，进一步提升感应能力。
进一步地，所述触碰球的材料为电负性较强的高分子材料，所述高分子材料为胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酞胺尼龙66、聚酞胺尼龙11、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、棉及其织物、聚氨醋弹性体、苯乙烯-丙烯睛共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、硬橡胶、醋酸醋、人造纤维、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚酞亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯或聚四氟乙烯。
进一步地，所述触碰球的直径为5mm。
进一步地，所述外壳采用3D打印制成。
进一步地，所述外壳的高度为52cm，内径为10mm。
进一步地，利用摩擦起电和静电感应产生电流，当无外界物体碰撞触须时，所述触碰球与所述感应电极之间不会发生摩擦产生感应电荷，当在外界物体的触碰下，触须将依从物体表面特征发生弯曲偏转，所述触碰球随之发生偏转，向所述感应电极靠近或直接接触摩擦；随后所述感应电极和所述触碰球表面上的电子云重叠，且一部分来自所述感应电极的电子进入所述触碰球的深势阱；由于要求所述触碰球的电负性比所述感应电极高，因此所述触碰球的表面带负电，而所述感应电极的表面带正电；由于所述记忆金属弹簧的作用，所述触碰球从所述感应电极表面分离；当外界物体从另一方面触碰时，产生的电荷转移方向与之相反。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供的仿生鼠须传感器，结构简单，制作方便，无需外部供电且可灵敏感应外界物体的表面特征；应用于机器人领域，极大的填补了机器人在触觉感知方面的空白，尤其在复杂危险的环境中提高了机器人的感知能力。
2、本发明提供的仿生鼠须传感器，仿生毛囊触须结构充分利用了生物毛囊的特征，可以有效提高传感器的灵敏程度。
3、本发明提供的仿生鼠须传感器，相比于听觉或视觉传感器，可以直接接触物体表面，极大地提高了感知效果，并且具有体积小、成本低、结构简单的特点。在机器人触觉感知方面具有重要的应用价值。
4、本发明提供的仿生鼠须传感器，基于摩擦纳米发电机的原理制成，相比于传统传感器，可以实现自供电而无需外界供电，耐用性得到保证，抗外界干扰能力得到提升。
5、本发明提供的仿生鼠须传感器，不仅可以实现对外界物体进行感知，而且经过改造可以感知风速、流速等参数。
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的目前机器人在感知外界环境时，主要依靠视觉传感器和听觉传感器对未知物体进行探测、识别、定位等操作，但这些传感器感知精度可能会受到黑暗、嘈杂的环境条件限制的问题。
基于上述理由本发明可在利用摩擦纳米发电技术以及仿生技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中的仿生鼠须传感器结构整体示意图。
图2为本发明实施例1中的仿生鼠须传感器内部结构示意图。
图3为本发明仿生鼠须传感器的发电原理图。
图4为本发明实施例1中的仿生鼠须传感器感知系统的三维结构示意图。
图5是本发明实施例2中的仿生鼠须传感器安装于避障车的三维结构示意图。
图中：1、记忆金属丝；2、十字形固定顶盖；3、外壳；4、底盖；5、感应电极；6、触碰球；7、记忆金属弹簧；8、信号采集器；9、导线；10、静电高阻计；11、线性电机；12、仿生鼠须传感器；13、外界物体；14、避障车。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
如图1-5所示，本发明提供了一种仿生鼠须传感器，包括：
圆柱形壳体，为由十字形固定顶盖2、圆柱形外壳3和底盖4组成的封闭壳体结构，内部具有中空腔体结构，用于容纳触碰感应单元；所述十字形固定顶盖2从上至下为渐缩式圆柱结构，下部的圆柱结构插入所述外壳3的顶部；所述十字形固定顶盖2上开设有贯穿十字形开口以限制触须的运动，该触须即为记忆金属丝1，十字形开口在厚度方向上穿透整个十字形固定顶盖2，触须只能在十字形开口的两个自由度内移动；所述底盖4从下至上为渐缩式圆柱结构，上部的圆柱结构插入所述外壳3的底部。其中，所述外壳3采用3D打印制成，也可将整个圆柱形壳体采用3D打印制成。所述外壳3的高度为52cm，内径为10mm，由于受限于本发明传感器的小巧、便携性，将外壳高度和内径尺寸设置为该规格。当外壳规格改变时，内部触碰球、感应电极、顶盖、底盖等规格也随之改变。十字形固定顶盖2、外壳3和底盖4的中轴线重合，十字形开口的中心所过中轴线与十字形固定顶盖2的中轴线重合。
触碰感应单元，包括记忆金属丝1、触碰球6、记忆金属弹簧7和感应电极5，所述记忆金属丝1、所述触碰球6和所述记忆金属弹簧7从上至下依次相互连接，所述记忆金属丝1的上端经所述十字形开口伸出所述圆柱形壳体外，所述触碰球6的顶部和底部分别与所述记忆金属丝1的底部和所述记忆金属弹簧7的顶部相连，所述记忆金属弹簧7的底部固定于所述底盖4的上部圆柱结构上，所述感应电极5贴于所述外壳3的内表面，关于所述外壳3的中轴线呈对称设置；记忆金属弹簧7的中轴线与底盖4的中轴线重合，触碰球6的球心位于记忆金属弹簧7的中轴线上，记忆金属丝1不工作且呈伸直状态下，其竖向中轴线与记忆金属弹簧7的中轴线重合。触碰感应单元固定在圆柱形壳体内的底部且由导线9输出信号，触碰感应单元中，触碰球6和感应电极5可以根据实际需要更换(即，不同材料、尺寸的感应电极5和触碰球6，输出的信号大小规律不同，可以根据不同的应用场景进行更换)，在外界物体13作用下触须偏离中间位置(触须的底部是插在触碰球6内部并用热熔胶固定，触须的移动会带动触碰球6一起移动)，导致感应电极5和触碰球6之间发生接触与分离，从而在感应电极5层产生感应电荷。
具体地，所述记忆金属丝1在长度方向上由粗到细，以提高灵敏度(细端相对于粗端来说，受到外界相同的干扰时更加敏感)，如图2所示，记忆金属丝1从下到上由粗到细，即自触碰球6的顶端开始向上至记忆金属丝1的顶端，记忆金属丝1呈渐缩式。所述感应电极5的材料为导电材料薄膜或单层导电材料，其中，所述感应电极5可以选用铜、铝等金属材料，以及石墨等非金属材料，在感应电极5的外表面也可以分布有微米或次微米量级的微结构，微结构优选为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构，特别是由纳米线、纳米管或纳米棒组成的纳米阵列，可以是通过光刻蚀、等离子刻蚀等方法制备的线状、立方体或四棱锥形状的阵列，阵列中每个这种单元(纳米线、纳米管或纳米棒)的尺寸在纳米到微米量级，进一步提升感应能力。所述触碰球6的直径为5mm，在实验过程中制作过许多不同尺寸的触碰球6，其中，5mm尺寸的触碰球6的输出性能相对最好。在本发明传感器中，由于受限于中空腔体的尺寸，因此选用了直径为5mm的触碰球6。由于外壳3的内径为10mm，触碰球6的直径可取0～10mm。这种材料的小球从2mm到500mm都有，但直径过大过小都会影响传感器的性能和传感器整体的大小，5mm小球(触碰球6)制作出的传感器大小适中，传感性能较好，应用性较高。所述触碰球6的材料可以为电负性较强的高分子材料，可以选择的高分子材料有胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酞胺尼龙66、聚酞胺尼龙11、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、棉及其织物、聚氨醋弹性体、苯乙烯-丙烯睛共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、硬橡胶、醋酸醋、人造纤维、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚酞亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯。
导线9，其一端与所述感应电极5相连，另一端与静电高阻计10相连，通过所述导线9传输的数据保存至信号采集器8。
本发明的原理：如图3所示，利用摩擦起电和静电感应产生电流，当无外界物体13碰撞触须时，触碰球6与感应电极5之间不会发生摩擦产生感应电荷，而在外界物体13的触碰下，触须将依从物体表面特征发生弯曲偏转，传感器内部触碰球6随着发生偏转，进而向感应电极5靠近或者直接接触摩擦。随后感应电极5和触碰球6表面上的电子云重叠，并且一部分来自感应电极5的电子进入触碰球6的深势阱。由于要求触碰球6的电负性比感应电极5高，因此触碰球6的表面带负电，而感应电极5带正电。由于记忆金属弹簧7的作用，触碰球6从感应电极5表面分离，其中，触碰球6与感应电极5接触时，记忆金属弹簧7是处于拉伸状态；记忆金属丝1底部穿过触碰球6，与触碰球6固定连接，二者一同运动，触碰球6底部与记忆金属弹簧7粘连在一起，当记忆金属丝1和触碰球6发生运动后，记忆金属弹簧7依靠自身的弹性恢复能力，把它们拉回到初始的中位，从而使触碰球6从感应电极5表面分离。当外界物体13从另一方面触碰时，产生的电荷转移方向与之相反。
实施例1
如图1、图2所示，仿生鼠须传感器，包括记忆金属丝1、十字形固定顶盖2、外壳3、底盖4、对称感应电极5、触碰球6和记忆金属弹簧7，记忆金属丝1底部插入触碰球6内，并通过热熔胶的粘连进行固定，触碰球6的底部与记忆金属弹簧7的顶端通过热熔胶粘连。外壳3的高度为52mm，直径为10mm。触碰球6的直径为5mm。在触碰球6的左右两侧对称设置感应电极5。两侧感应电极5均与导线9的一端相连。
本实例中，触碰球6的材料为PTFE(Poly tetra fluoroethylene，聚四氟乙烯)材料，感应电极5为铜片材料。
如图3所示，本发明利用摩擦起电和静电感应产生电流，当无外界物体13碰撞触须时，触碰球6与感应电极5之间不会发生摩擦产生感应电荷，而在外界物体13向左碰撞触须时，左侧感应电极5感应出正电荷，触碰球6感应出负电荷，电荷从左侧感应电极5向右侧感应电极5转移；当外界物体13向右碰撞触须时，感应电荷方向与之相反。
如图4所示，为仿生鼠须传感器感知系统以及本装置感应外界物体的三维结构示意图。线性电机11可以进行往复的直线运动，用线性电机11模拟小车的运动，仿生鼠须传感器12通过夹具固定在线性电机11的一端，障碍物(即外界物体13)放置在仿生鼠须传感器12的触须运动路径上，可以使线性电机11在带动触须运动时，使仿生鼠须传感器12触须与障碍物发生碰撞，产生信号。。该传感器与导线9的一端连接，导线9的另一端与静电高阻计10相连，静电高阻计10通过导线9与信号采集器8，经导线9传输的数据保存至信号采集器8。静电高阻计10的型号为Keithley6514，静电高阻计10可以检测电压、电流、转移电荷量，本发明传感器所用的信号为电压信号，将仿生鼠须传感器12导线与静电高阻计10的接入端连接，即可测出传感器输出电压、电流、电荷等信号数据。信号采集器8选用电脑，为信号的观测端。通过调整线性电机11的振幅和频率可以实现模拟触碰外界运动物体(即外界物体13)的环境。其中，导线9的信号通过静电高阻计10采集，静电高阻计10与电脑相连，通过电脑端的Labview软件可以观察信号的大小和规律，一般呈现为有规律的正弦曲线。通过电脑界面发生变化，以此来确定传感器触碰到了外界物体13，即当有信号输出时，就可以判断碰撞到了外界物体13，可通过频率、振幅、波形等判断。触须没有触碰外界物体13时，电脑界面一般呈现为无规律的杂波。
本实施例为实验内进行，主要测试本发明传感器的具体性能并模拟外界环境，以便通过获得的具体数据推导拟合出相应公式等结果。
实施例2
如图5所示，为本发明仿生毛囊触须传感器安装于避障车的三维结构示意图。将两个仿生毛囊触须传感器安装在避障车14顶部，调节触须的初始指向，实现为车辆提供避障信息。可通过搭建传感器阵列的方式，将壁障车周围覆盖。本实例只摆放了两个传感器，具体可以根据实际情况添加。在实际环境中，当触须没有触碰到障碍物(外界物体13)时，传感器无输出信号，车辆正常行驶；当触须触碰到障碍物时，传感器输出外界物体13信号，车辆控制系统识别信号后，控制车辆避障实现最优化行驶。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种仿生鼠须传感器，其特征在于，包括：
圆柱形壳体，为由十字形固定顶盖(2)、圆柱形外壳(3)和底盖(4)组成的封闭壳体结构，内部具有中空腔体结构，用于容纳触碰感应单元；所述十字形固定顶盖(2)从上至下为渐缩式圆柱结构，下部的圆柱结构插入所述外壳(3)的顶部；所述十字形固定顶盖(2)上开设有贯穿十字形开口以限制触须的运动；所述底盖(4)从下至上为渐缩式圆柱结构，上部的圆柱结构插入所述外壳(3)的底部；
触碰感应单元，包括记忆金属丝(1)、触碰球(6)、记忆金属弹簧(7)和感应电极(5)，所述记忆金属丝(1)、所述触碰球(6)和所述记忆金属弹簧(7)从上至下依次相互连接，所述记忆金属丝(1)的上端经所述十字形开口伸出所述圆柱形壳体外，所述记忆金属弹簧(7)固定于所述底盖(4)的上部圆柱结构上，所述感应电极(5)贴于所述外壳(3)的内表面，关于所述外壳(3)的中轴线呈对称设置；
导线(9)，其一端与所述感应电极(5)相连，另一端与静电高阻计(10)相连，通过所述导线(9)传输的数据保存至信号采集器(8)。
2.根据权利要求1所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述记忆金属丝(1)在长度方向上由粗到细，以提高灵敏度。
3.根据权利要求1所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述感应电极(5)的材料为导电材料薄膜或单层导电材料。
4.根据权利要求3所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述感应电极(5)选用金属材料或非金属材料，所述金属材料为铜或铝，所述非金属材料为石墨；
所述感应电极(5)的外表面分布有微米或次微米量级的微结构，所述微结构为纳米线、纳米管、纳米颗粒、纳米棒、纳米花、纳米沟槽、微米沟槽、纳米锥、微米锥、纳米球和微米球状结构；
由所述纳米线、纳米管或纳米棒组成的纳米阵列，为通过光刻蚀或等离子刻蚀方法制备的线状、立方体或四棱锥形状的阵列；所述阵列中所述纳米线、纳米管或纳米棒的尺寸在纳米到微米量级，进一步提升感应能力。
5.根据权利要求1所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述触碰球(6)的材料为电负性较强的高分子材料，所述高分子材料为胺甲醛树脂、聚甲醛、乙基纤维素、聚酞胺尼龙66、聚酞胺尼龙11、羊毛及其织物、蚕丝及其织物、棉及其织物、聚氨醋弹性体、苯乙烯-丙烯睛共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、硬橡胶、醋酸醋、人造纤维、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸醋、聚对苯二甲酸乙二醇醋、聚酞亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯或聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1或5所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述触碰球(6)的直径为5mm。
7.根据权利要求1所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述外壳(3)采用3D打印制成。
8.根据权利要求1或7所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，所述外壳(3)的高度为52cm，内径为10mm。
9.根据权利要求1所述的仿生鼠须传感器，其特征在于，利用摩擦起电和静电感应产生电流，当无外界物体(13)碰撞触须时，所述触碰球(6)与所述感应电极(5)之间不会发生摩擦产生感应电荷，当在外界物体(13)的触碰下，触须将依从物体表面特征发生弯曲偏转，所述触碰球(6)随之发生偏转，向所述感应电极(5)靠近或直接接触摩擦；随后所述感应电极(5)和所述触碰球(6)表面上的电子云重叠，且一部分来自所述感应电极(5)的电子进入所述触碰球(6)的深势阱；由于要求所述触碰球(6)的电负性比所述感应电极(5)高，因此所述触碰球(6)的表面带负电，而所述感应电极(5)的表面带正电；由于所述记忆金属弹簧(7)的作用，所述触碰球(6)从所述感应电极(5)表面分离；当外界物体(13)从另一方面触碰时，产生的电荷转移方向与之相反。
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