• 头条河工大学者提出新型磁致伸缩触觉传感器阵列,提升机械手的识别率
    2021-10-26 作者:黄珊 王博文 等  |  来源:《电工技术学报》  |  点击率:
    分享到:
    导语河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室、河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室的研究人员黄珊、王博文、赵智忠、王亮、翁玲,在2021年第7期《电工技术学报》上撰文,设计制作了一种新型的磁致伸缩2×2触觉传感器阵列,可提升机械手的分类识别准确率。

    为了使机械手的操作更为准确,需要在机械手上安装触觉传感器,以获得触觉信息,并准确地对物体进行分类。铁镓合金(Galfenol)有饱和磁场低、磁滞小、线性度好、力学性能好、应力灵敏度高等优点,且制作的传感器结构简单、可靠性高、精度高、成本低。

    当铁镓合金受到外加载荷时,内部的磁化状态会随载荷的变化而变化,这种效应即为磁致伸缩逆效应。外加载荷力的大小,可通过测量载荷附近的磁场变化得到,因而铁镓材料可以作为传感器的敏感材料。

    河北工业大学的研究人员以丝状铁镓合金为敏感材料,利用磁致伸缩材料的逆效应,应用悬臂梁的原理,制作触觉传感单元。

    河工大学者提出新型磁致伸缩触觉传感器阵列,提升机械手的识别率

    图1 触觉传感单元结构图

    图1为磁致伸缩触觉传感单元结构图。传感单元主要由霍尔元件、铁镓丝、触头、永磁体和外壳组成。在3D打印的传感单元外壳上装有三根长度为6mm、直径为0.5mm的铁镓丝,永磁体放置在铁镓丝的正下方,为传感器提供偏置磁场,霍尔传感器(美国新泽西州霍尼韦尔公司,SS491B型)竖直紧贴在铁镓丝的后方,触头安装在铁镓丝的边缘上,高于传感单元的外壳,触头的高度为6mm。传感单元的尺寸为长8mm,宽6mm,高5mm。

    研究人员将制作的触觉传感单元集成为磁致伸缩2×2触觉传感器阵列,应用电磁学理论、逆磁致伸缩效应和欧拉伯努利动力学原理,建立了触觉传感单元的输出特性模型。测试了触觉传感单元的静态性能和动态性能,传感单元测力范围为0~3N。当压力小于1.5N时,灵敏度为151mV/N;在1.5~3N区间,灵敏度约为109mV/N。在2~4Hz范围内对动态力具有动态响应快、灵敏度高的特点。

    河工大学者提出新型磁致伸缩触觉传感器阵列,提升机械手的识别率

    图2 触觉传感器阵列

    研究人员把触觉传感器阵列装备在二指机械手上,对日常生活中的饮料瓶进行抓取实验,采用支持向量机算法,通过选择特征值的数量和训练集与分类集的比例,对选取的实验样品进行了分类识别。

    河工大学者提出新型磁致伸缩触觉传感器阵列,提升机械手的识别率

    图3 机械手抓取物体测试系统

    试验结果表明,根据触觉传感器阵列的输出电压及接触的触点数目,可以识别抓取的饮料样品,且对所选取的样品有很好的区分度。为进一步证明,对装满水的样品进行测试,获得了更高的识别精度。选择了机械手在抓取过程中能够提取的特征值,应用支持向量机算法,分别对不同特征值个数和不同训练集与测试集比例进行分类识别。实验结果表明,当训练集与分类集比例为9:1且选择三个特征值时,分类识别准确率越高,为87.5%。

    本文编自《电工技术学报》,作者为黄珊、王博文、赵智忠、王亮、翁玲,论文标题为“应用于机械手的磁致伸缩触觉传感器阵列与物体识别”。