Тактильный сенсор Советский патент 1992 года по МПК B25J19/00 B25J19/02 

налов производится матрицей элементов Холла, расположенных на второй пластине в зазоре между этой пластиной и каркасом при перемещении стержней в магнитной системе.

Однако данная конструкция имеет недостаточную надежность определения процесса контактирования с поверхностью предмета произвольной формы в условиях проскальзывания. Так, из-за того, что выступающие на поверхность стержни имеют ци- линдрическую форму в случае контактирования с предметом сложной формы возможно не только утапливание стержней, но и их изгиб при тангенциальных относительно поверхности датчика уси- лиях. Последнее имеет место при проскальзывании предмета. Кроме того, предмет острыми частями, например углом, может цепляться за выступающие стержни Силовые воздействия на стержни могут приводить к заклиниванию последних, изменению рабочих характеристик датчика.

Цель изобретения - повышение надежности регистрации процесса контактирования с поверхностью предмета произвольной формы, в том числе проскальзывающего предмета.

Это достигается тем, что в тактильной сенсорной матрице магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита и ферромагнитной пластины, расположенных параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обращенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферромагнитного материала и устаноален между большим магнитом и пластиной, имеюа1ей с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные элементы выполнены на основе пленки магнитомягкого материала, например пермаллоя, функционируют на планарном эффекте Холла и расположены в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков в окрестности точек, где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемая тактильная сенсорная матрица отличается тем, что магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита и ферромагнитной пластины, расположенных

параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обращенных одноименными

полюсами к такому же полюсу большого магнита, с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферромагнитного материала

и установлен между большим магнитом и пластиной, имеющей с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные элементы выполнены на основе пленки магнитомягкого материала

(например, пермаллоя), функционируют на планарном эффекте Холла и расположены в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков в окрестности точек, где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль.

Магнитная система выполнена в виде одного большого цилиндрического магнита

и ферромагнитной пластины, расположенных параллельно друг другу с зазором, а также штоков, выполненных на основе постоянных магнитов в форме миниатюрных цилиндров, обращенных одноименными полюсами к такому же полюсу большого магнита с прикрепленными к ним неферромагнитными частями в виде полусфер, выступающих над пластиной, причем каркас выполнен из неферромагнитного материала и установлен между большим магнитом и пластиной, имеющей с каркасом соосные отверстия для размещения штоков, а магниточувствительные элементы выполнены на основе пленки магнитомягкого материала (например, пермаллоя), функционируют на планарном эффекте Холла и расположены в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков в окрестности точек,

где составляющая вектора индукции магнитного поля, параллельная оси симметрии штока, обращается в нуль.

На фиг.1 представлен внешний вид тактильной сенсорной матрицы; на фиг.2 сечение тактильной сенсорной матрицы по радиусу; на фиг.З - изображение линий индукции магнитного поля в плоскости, проходящей через оси симметрии большого магнита и штока; на фиг,4- выходное напряжение планарного элемента Холла от перемещения штока.

Тактильная матрица содержит (фиг,1) большой постоянный магнит цилиндрической формы 3, немагнитный каркас 2, ферромагнитную пластину 1, а так же шток

(фиг,2) состоящий из миниатюрного цилиндрического магнита 5 и немагнитной полусферы 4, а также магниточувствительный элемент б.

Устройстёо работает следующим образом при контакте части штока (немагнитной полусферы) с предметом под действием силы, составляющая которой параллельна оси штока происходит отрывание миниатюрного магнита 5 (фиг.2) от ферромагнитной пластины 1 и движение в отверстиях немагнитного каркаса 2. Магниточувстви- тельные элементы выполнены из пленки магниточувствительного материала, например, пермаллоя толщиной 200-400 А и расположены в отверстиях каркаса в плоскостях, проходящих через оси симметрии большого магнита и каждого из штоков. Расположение элемента пояснено на фиг.З, где на линии А-А существует окрестность в области точки Л, в которой составляющая индукции магнитного поля параллельно А- А и равна нулю. В точку Л и помещается магниточувствительный элемент. Это сделано для того, чтобы выходной сигнал был равен нулю в отсутствие механического воздействия на шток. При смещении чувствительного элемента вверх или вниз по оси А-А устройство регистрации так же работоспособно. Типичная зависимость выходного сигнала от смещения штока показана на фиг.4.

Экономическая эффективность изобретения рассчитана для случая применения матрицы как сенсора в системах адаптации роботов. Проведя расчет по формуле, учитывающей экономию производственных ресурсов при выпуске одной и той же продукции:

Э (Ci + EHKi) - (С2 + Е„К2) А2 где Э - годовой экономический эффект, руб; Ci - себестоимость единицы продукции по базовому варианту, руб; С2 - себестоимость единицы продукции по новому объекту, руб; Ki -удельные капитальные вложения в производственные фонды для базового объекта, руб, К2 - удельные капитальные вложения в производственные фонды нового объекта, руб; Ен - нормативный коэффициент капитальных вяожений (0,15); AZ - годовой

объем производства продукции с помощью новой техники, шт.

Определяя стоимость единицы продукции по базовому и новому вариантам как Ci 34 руб, С2 28 руб, а удельные капитальные вложешя на п ршз водственные фонды по базовому иПн Ов о му объекту как Ki 30 руб; К2 40 руб и, зная примерный годовой объем, производства роботов, можно определить годовой экономический эффект от

использования техники в народном хозяйстве

Э (34 + 0,15-30) - (28 + 0,15-40)3105 - 450000 руб.

Формула изобретения

Тактильный сенсор, содержащий каркас с магнитной системой, преобразователи Холла и расположенные на его рабочей поверхности штоки, имеющие возможность

осевого перемещения относительно каркаса, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, магнитная система выполнена в виде плоского маг- нита и ферромагнитной пластины,

расположенных параллельно друг другу с зазором, при этом штоки выполнены в виде постоянных магнитов, обращенных одноименными полюсами к аналогичному полюсу плоского магнита, причем на штоках

закреплены неферромагнитные части в виде полусфер, выступающих над пластиной, кроме того, каркас выполнен из неферро- магнитного матерйашагй расположен между плоским магнитом и пластиной, в которой

выполнены отверстия, соосные с отверстиями каркаса и в которых размещены штоки, а преобразователи Холла выполнены на основе пленки магнитомягкого материала на планарном эффекте Холла и расположены в

плоскостях, проходящих через оси симметрии плоского магнита и каждого из штоков.

Фиг-i

/

ч

Ч

Hi

б/К

| Фиг.З