磁致伸缩触觉传感器的输出特性研究*

张 冰,王博文,李云开

(1.省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室,河北工业大学电气工程学院,天津 300130;2.河北省电磁场与电器可靠性重点实验室,河北工业大学电气工程学院,天津 300130;3.河南牧业经济学院能源与动力工程学院 郑州 450011)

触觉传感器在工业机器人、智能机器人灵巧手和医疗等领域具有广泛应用。国内外研究者对于触觉传感器设计与特性测试做了诸多研究工作,提出了具有不同传导机制的触觉传感器,如压阻、压电、电容和光学传感器,用于感知压力、振动和温度等参数。中国科学研究院石继东等人提出了一种用于手腕脉冲和声波等小振动检测的大量程柔性压阻式触觉传感器,测量范围0～25 kPa[1]。文献[2]介绍了一种利用压电效应的传感器阵列,通过滑动检测物体表面特征的螺距和宽度信息,空间分辨率高达500 μm。Li等人设计了一种具有交叉指状和双涡流结构的可伸缩电容式传感器,用于高灵敏度触觉感知[3]。然而目前的触觉传感器在实际应用中仍存在一定的局限性,如精度低、温度依赖性大和信号处理电路复杂等,无法满足对触觉信息精确测量和感知的要求[4]。

为加快触觉传感器的实际应用进程,需要应用新的触觉传感理论和智能敏感材料,发展新型触觉传感器。新型Fe83Ga17合金(Galfenol)具有低磁场下磁致伸缩大的优点,能够承受拉伸和冲击等机械载荷,还可与力直接耦合,机电耦合效率高,如片状Galfenol悬臂梁的换能密度可达22 mW/cm3,这是压电材料无可比拟的[5-6]。……