應用案例

【概述】

本研究中使用功率放大器，搭建傳感器靜動態測試平臺。針對機器人抓取中滑移檢測對高切向靈敏度與快速響應的需求，以及現有磁性觸覺傳感器在此方面的不足，本研究提出了一種基于向心折疊磁化薄膜的新型弧形觸覺傳感器。該傳感器由弧形磁性薄膜、硅膠彈性體與隧道磁阻（TMR）元件構成，通過獨特的向心折疊磁化在敏感區構建高梯度磁場。通過建立力-磁-電轉換模型并進行實驗驗證，該傳感器實現了對法向力與切向力的高靈敏度、快速線性感知，并成功應用于機械手的拉拽與旋轉滑移實時檢測，為抓取穩定性控制提供了有效的解決方案。

實驗名稱：基于向心折疊磁化弧形觸覺傳感器的法向/切向靜動態輸出特性測試與機械手滑移檢測實驗。

實驗目的：本研究旨在驗證所提出的向心折疊磁化弧形觸覺傳感器的性能。通過搭建靜動態測試平臺，重點驗證傳感器在法向力與切向力作用下的線性輸出、靈敏度、響應時間及穩定性，評估其力-電壓模型的準確性，并通過機械手集成實驗驗證其在實時檢測拉拽滑移與旋轉滑移現象中的應用潛力，為機器人精密抓取中的觸覺感知與滑移預警提供一種有效的傳感方案。

測試設備：法向/切向力靜態與動態特性測試系統（數顯式推拉力計、信號發生器、功率放大器、模態激振器）、信號采集與處理系統（直流穩壓電源、數據采集卡、PC機）以及滑移檢測應用驗證系統（六軸機械臂、三指自適應機械手）。

實驗過程：本研究通過構建傳感器力-磁-電轉換模型，結合靜動態實驗與集成測試，系統驗證了弧形觸覺傳感器的性能。理論層面建立了法向力與切向力作用下的輸出電壓模型；實驗上，依次進行了法向/切向力靜態特性、動態響應特性測試，并最終將傳感器集成于機械手進行了拉拽與旋轉滑移檢測。結果表明，該傳感器實現了對法向力與切向力的高靈敏度、快速線性感知，并成功識別了抓取過程中的滑移起始與摩擦狀態變化，驗證了其在機器人精密抓取中進行觸覺感知與狀態反饋的應用價值。

圖1弧形磁性觸覺傳感器的動態輸出測試系統框圖

實驗結果：所提出的弧形觸覺傳感器實現了對法向力（19.2mV/N）與切向力（93.3mV/N）的高靈敏度、快速感知（響應時間分別為38ms和34ms），實驗數據與理論模型高度吻合。傳感器在動態測試中表現穩定，集成于機械手后，成功實現了對拉拽與旋轉滑移的靈敏、實時檢測。

圖2弧形磁性觸覺傳感器的靜態切向力實驗曲線

 

圖3弧形磁性觸覺傳感器的動態響應實驗

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1.寬頻帶與平坦響應——精準覆蓋傳感器動態測試所需頻率范圍，保障頻響特性評估準確性

2.大功率輸出能力——驅動模態激振器產生足夠幅值的動態力，覆蓋傳感器量程

3.低失真與高輸出穩定性——保障動態激勵波形純凈

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圖：ATA-300系列功率放大器指標參數

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