معرفي و توسعه سنسور نيروي مغناطيسي نرم نوين بر اساس اثر هال

Developing a novel soft magnetic force sensor based on Hall Effect

مقاله پيش‌رو به ارائه يك سنسور نيروي نرم با صرفه اقتصادي بالا، مناسب براي كاربردهاي رباتيك نرم كه مستلزم انعطاف‌پذيري بالا و گستره اندازه‌گيري وسيع نه‌فقط به صورت نقطه‌اي بلكه به صورت سطحي مي‌باشند، مي‌پردازد. همه سنسورهاي نيرويي كه با سنسور اثر هال تاكنون ساخته شده‌اند، با اندازه‌گيري ميدان مغناطيسي ايجاد شده توسط يك تكه آهنرباي جامد در نزديكي سنسور اثر هال، به سنجش نيروهاي اعمالي مي‌پردازند. سنسور نيروي معرفي شده در اين مطالعه، با اندازه‌گيري تغييرات چگالي شار مغناطيسي حاصل از پودر مغناطيسي مخلوط شده با سيليكون رابر، هنگامي كه تحت فشار حاصل از نيروي عمودي قرار مي‌گيرد، به نيروسنجي مي‌پردازد. سنسور در ابعاد و با غلظت‌هاي متفاوت پودر مغناطيسي طراحي و ساخته شده است تا به يك طراحي بهينه ازنقطه‌نظر حساسيت در كنار خواص خطي قابل‌قبول منجر شود. بررسي نتايج حاصل از آزمون‌هاي تجربي نشان مي‌دهد كه با تنظيم خواص فيزيكي و ويژگي‌هاي ساختاري سنسور مي‌توان به گستره‌هاي كاري مختلف با حساسيت‌هاي معين دست پيدا كرد. اين سازگاري و انطباق بالا در كنار اعتمادپذيري قابل‌قبول در بسياري از اجزاي اندازه‌گير نيروي نرم در كاربردهاي امروزي به‌خصوص در زمينه رباتيك نرم مورد نياز مي‌باشد.

This paper proposes a new inexpensive soft force sensor suitable for soft robotics applications that require high flexibility and wide range of sensing area. All Hall Effect sensors developed so far use a Hall Effect sensor to detect the magnetic field of a piece of solid magnet. The proposed force sensor in this paper uses a Hall Effect sensor to detect the magnetic flux density change induced by aligned magnetic powder blended with silicone rubber when a normal force is applied. The sensor is designed and tested with different magnetic powder density and sensor dimensions to achieve an optimum design in sensitivity as well as linearity. The experimental results show that different force measurement range with specific desired sensitivity can be achieved by adjusting certain physical properties of the sensor. This is a useful feature for many soft sensing elements in today's applications requiring more compliance and reliable sensors, especially in soft robotics applications.