一种自供能的电磁运动感知传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种自供能的电磁运动感知传感器，包括磁块、柔性连接体、导电线圈、底部基座和高精度直流电压表组成。磁块通过柔性连接体固定在底部基座上，导电线圈也固定在底部基座，并且通过导线与高精度直流电压表连接在一起。将传感器的底部基座固定在机器人头部，当机器人运动时，传感器上的磁块就会通过柔性连接体将惯性力传输下去从而实现相对摆动，产生一个变化的磁场。底部的导电线圈就会产生感应电压，根据电压的相对大小就可知道磁块的变化方向和相对位移的变化，得知受测物运动状态的变化。本发明专利技术结构简单、稳定性好、应用范围广，可以实现自供能，可以实时检测机器人的运动状态，所有材料均是已工业化的材料，成本低，具有较好的实用性。

A self powered electromagnetic motion sensor

【技术实现步骤摘要】
一种自供能的电磁运动感知传感器
本专利技术涉及一种自供能的电磁运动感知传感器，属于电磁技术和加速度传感器领域。其利用电磁感应原理，当受测物状态发生改变时，力的传输速度的差异，将机械能转换成电能，输出差异性的电信号，从而检测受测物的运动状态。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们在生活和工作中对于机器人的辅助需求越来越高，这些包括卫生清洁、重物的搬运、危险场所的施工、复杂且精密的组装工作等等。这不仅要求机器人能够实现复杂、稳健的运动，更要求其能够实现与周围环境的相互适应，所以这就对机器人的感知提出了很高的要求。目前，机器人感知自身位置和外界的传感方式主要包括视觉感知、雷达辅助感知和加速度传感器感知。前两种是参考机器人外部的物体来进行定位，而后者是对机器人自身的运动状态进行辨识和感知。尽管像MEMS类的加速度传感器在机器人的步态研究中已经开展了一系列的研究，但对于机器人传感的加速度传感器仍然需要更多的研发和投入，比如头部感知和供能问题。电磁感应现象是指在变化磁通量中的闭合导体或者闭合导体切割磁感线会产生电动势的现象。将电磁感应原理应用于柔性电磁材料中，可以制备出性能优异的柔性电磁器件。这样不仅可以实现测试能力的增强，还可以实现自供能。
技术实现思路
为弥补现有技术对于机器人空间感知的空白，本专利技术基于电磁感应原理，提供一种自供能的电磁运动感知传感器。为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是，一种自供能的电磁运动感知传感器，其特征在于，包括磁块、柔性连接体、导电线圈、底部基座和高精度直流电压表五部分组成。柔性连接体起到力的传输作用，可以使得磁块发生相对于线圈的摆动和位移。底部基座将磁块、柔性连接体和导电线圈固定，高精度直流电压表与导电线圈连接在一起，可以实时检测感应电动势的变化。当受测物的状态发生变化时，磁块通过柔性连接体传输惯性力，发生弯曲变形，与导电线圈产生相对位移，提供了变化的磁场，同时切割导电线圈，在电压表上产生电信号。由于本专利技术方案是基于电磁感应而设计的，所以传感器本身并不需要电源，可以通过磁通量的变化产生电压，实现自供电的功能。此外，本专利技术结构非常简单，所有材料均已工业化，利于大规模的生产。作为优选，所述的磁块是一个质量块，其材质可以是铷铁硼块磁材料，亦可以是铁氧体材料，也可以是铷铁硼粉末与聚合物的复合材料。作为优选，所述的磁块的充磁方向可以是竖直充磁，亦可以是水平充磁，其在整个装置中起着变化的磁场的作用。作为优选，所述的柔性连接体的形状可以是长方形的薄膜，也可以是容易变形的弹簧。作为优选，所述的长方形的薄膜可以是PET薄膜，也可以是柔性的金属片，例如铁片、铜片等。作为优选，所述的外部导电线圈采用导电的铜线、银线或者其他金属线材，亦可以采用银纳米导电粒子或其他导电粒子通过印刷的方法制成导线。作为优选，当该装置感受到外部的震动或者速度发生变化时，所述磁块与导电线圈发生相对位移，产生感应电动势。作为优选，所述产生的电信号是由机械能转换成的电能，故其可以实现自供能。作为优选，所述的基座是由高分子聚合物制备的，其材质可以是Ecoflex，亦可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点和有益效果：(1)空间感知能力强。不仅可以感知加速度的大小和方向，若将此传感器安装在机器人头部，还可以实现机器人头部运动的信息采集，包括但不限于的运动有原地踏步、走路、低抬头和摇头等等。(2)传感器是基于电磁感应原理而设计的，所以其本身可以实现自供电。(3)传感器结构和制作工艺都比较简单。(4)本专利技术所用材料均是已经产业化的材料，价格便宜，成本低。下面结合附图对本专利技术作进一步说明。附图说明图1本专利技术实施例提供的电磁运动感知传感器的整体结构示意图图2为本专利技术实施例提供的电磁运动感知传感器的在机器人头部低头和仰头时的结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的电磁运动感知传感器在机器人头部摇头时的结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的电磁运动感知传感器在机器人身体上的放置示意图。图5为本专利技术实施例提供的机器人走路时，传感器感应到的可辨识电信号。图6为本专利技术实施例提供的机器人原地踏步时，传感器感应到的可辨识电信号。具体实施方式为了使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于多描述的本专利技术实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施的电磁运动感知传感器包括磁块、柔性连接体、导电线圈、底部基座和高精度直流电压表五部分组成。其中，柔性连接体将磁块和底部基座连接在一起，起到力的传输作用，可以使得磁块发生相对于线圈的摆动和位移。导电线圈固定在底部基座，高精度直流电压表与导电线圈连接在一起，可以实时检测感应电动势的变化。当受测物的状态发生变化时，磁块通过柔性连接体传输惯性力，发生弯曲变形，与导电线圈产生相对位移，提供了变化的磁场，同时切割导电线圈，在电压表上产生电信号。通过比较电动势的实时大小变化就可以准确判断机器人的运动状态的变化，例如左右摇头、低抬头或者走路等等。在一些实施例中，所述的电磁运动感知传感器的磁块的材质可以是铷铁硼块磁材料，亦可以是铁氧体材料，也可以是铷铁硼粉末与聚合物的复合材料。在一些实施例中，所述的磁块的充磁方向可以是竖直充磁，亦可以是水平充磁，其在整个装置中起着变化的磁场的作用。在一些实施例中，所述的导电线圈可以是导电铜线或者铁丝，亦可以涂覆导电的纳米颗粒，例如银纳米粒子。在一些实施例中，所述的柔性连接体的形状可以是长方形的薄膜，也可以是容易变形的弹簧。在一些实施例中，所述的柔性连接体的材料可以是PET薄膜，也可以是柔性的金属片，例如铁片、铜片等。在一些实施例中，所述的基座是由高分子聚合物制备的，其材质可以是Ecoflex，亦可以是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。下面结合一具体实施例，对本申请的运动感知传感器进行示范性描述。本实施例提供一种基于电磁感应原理的运动感知传感器，其中，磁块为铷铁硼粉末与Ecoflex组成的复合物，充磁方向为竖直充磁；柔性连接体为柔性的PET薄膜；导电线圈为细铜线；底部基座为Ecoflex。针对本实施例，我们列举了传感器在不同运动状态下的状态示意图，参见图2至图6。其中，图2为机器人低头和仰头时，运动感知传感器的状态变化示意图；图3为机器人在做低抬头时，传感器的状态变化示意图；图4为本专利技术实施例提供的电磁运动感知传感器在机器人身体上的放置示意图；图5为本专利技术实施例提供的机器人走路时，传感器感应到的可辨识电信号；图6为本专利技术实施例提供的机器人原地踏步时，传感器感应到的可辨识电信号。具体地，当将电磁运动感知传感器放置到机器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自供能的电磁运动感知传感器，包括磁块、柔性连接体、导电线圈、底部基座和高精度直流电压表组成，其特征在于，所述柔性连接体起到力的传输作用，在受测物运动状态变化时，可以使得磁块发生相对于线圈的摆动和位移，所述底部基座固定磁块、柔性连接体和导电线圈，所述高精度直流电压表与导电线圈相连，实时检测感应电动势的变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种自供能的电磁运动感知传感器，包括磁块、柔性连接体、导电线圈、底部基座和高精度直流电压表组成，其特征在于，所述柔性连接体起到力的传输作用，在受测物运动状态变化时，可以使得磁块发生相对于线圈的摆动和位移，所述底部基座固定磁块、柔性连接体和导电线圈，所述高精度直流电压表与导电线圈相连，实时检测感应电动势的变化。


2.根据权利要求1所述的一种自供能的电磁运动感知传感器，其特征在于，所述磁块是一个质量块，其材质可以是铷铁硼块磁材料，亦可以是铁氧体材料，也可以是铷铁硼粉末与聚合物的复合材料。


3.根据权利要求1所述的一种自供能的电磁运动感知传感器，其特征在于，所述磁块的充磁方向可以是竖直充磁，亦可以是水平充磁，其在整个装置中起着变化的磁场的作用。


4.根据权利要求1所述的一种自供能的电磁运动感知传感器，其特征在于，所述的柔性连接体的形状可以是长方形的薄膜，也可以是容易变形的弹簧，其作用包括两个方面，一是有一定的强度和模量，可以支撑住磁块，二是具有一定的柔韧性，利于力的传输和变形。


5.根据权利要求4所述的一种自供能的电磁运动感知传...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏彬，吴振华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42