作品展示

人手表皮皮肤可以轻松感知压力的大小和方向（具有自解耦功能），并具有超分辨率，帮助双手完成复杂的任务，如抓取易碎物品等。与人类皮肤相比，现有的机器人触觉传感器在实现超分辨率检测和柔性闭环抓握方面仍存在较大的挑战，极大的限制了机器人执行复杂任务的能力。 本项目基于已有的霍尔传感芯片（MLX90393），设计出永磁性低模量多孔弹性薄膜，构建压力与磁场变化之间关联模型，开发出闭环柔性接触压力感知系统，能够集成并阵列至机械爪表面，并探索在农业采摘机器人领域的应用。 工作时，磁膜收到接触压力或切应力产生形变和磁场变化，霍尔元件检测到磁场变化将电信号传输到上位机，上位机解析出磁膜此时的受力状态反馈给执行终端控制其动作。

1.设计低模量永磁性多孔弹性薄膜：具有多孔结构的磁膜可以降低薄膜的弹性模量，提高压力传感器的灵敏度，使薄膜在小压力作用下仍能产生明显形变和磁场变化。 2. 开发闭环柔性接触压力感知系统：传感系统主要由永磁性多孔弹性薄膜、传感器电路及微机单元、上位机、执行终端（机械手）四部分构成。磁膜和三维霍尔传感器复合，外力施加在磁膜上引起磁场的变化，霍尔传感器能够检测磁场变化并向上位机传输电信号，上位机可以解析信号得出所施加外力的大小和方向。此种磁性皮肤可以提供独立的正压力和切应力的测量，给采摘机器人提供实时精确的三维力反馈。

1.物理信号联动转化：在工作过程中，压力使磁膜发生形变从而改变磁膜的磁场，三维霍尔传感器能够检测到磁场变化并输出电信号，完成力到形变到磁信号到电信号的转换。 2.多孔薄膜制备：采用牺牲模板法制备永磁性柔性多孔薄膜，具体方法为使用多孔糖块作为模具，将融化的硅胶和钕铁硼颗粒的混合溶液注入糖块，凝固后去除糖块并进行正弦磁化充磁，得到具有多孔结构的磁膜。有多孔结构的磁膜弹性模量低，可以显著提高压力传感器的灵敏度，使薄膜在小压力作用下仍能产生明显形变和磁场变化。 3.闭环压力感知系统设计：传感系统主要由永磁性多孔弹性薄膜、传感器电路及微机单元、上位机、执行终端（机械手）四部分构成。工作时，磁膜受到接触压力或切应力产生形变，磁膜的形变使磁场发生变化，霍尔元件检测到磁场变化将电信号传输到上位机，上位机解析出磁膜此时的受力状态反馈给执行终端控制其动作。该感知系统可以为机械手提供实时精确的三维力反馈。

人类的皮肤可以感知力的大小和方向（自解耦），并且具有超分辨率，因此人的双手可以完成复杂的任务，如抓取易碎物品。与皮肤相比，现有的机器人触觉传感器还存在较大差距，尚无法同时实现超分辨率检测，极大的限制了机器人在执行复杂任务上的能力。本项目的永磁性多孔弹性体薄膜，不仅柔软，而且能感知三维压力并通过力的精确反馈调整机械手指的姿态和接触力，从而能够采用合适的姿态和力度抓握果实，可广泛运用在采摘机器人上。