6、具有磁触觉感知的软体仿人手指：设计、实现与应用

具有磁触觉感知的软体仿人手指：设计、实现与应用

1. 磁触觉传感器的潜力

触觉传感器是机器人与外界交互的关键组件，在智能机器人领域是重要的研究方向。传统触觉传感器存在一定局限性，而软磁触觉传感器在灵巧手操作和大面积电子皮肤方面展现出巨大潜力。本文提出的软体仿人手指采用磁指腹，当与物体接触时会产生变形，霍尔传感器可检测磁通量密度的变化，并根据指腹丰富的触觉反馈拟合接触力，从而实现动态调整接触力和精确抓取。这种传感器有望克服传统触觉传感器的局限，为机器人的精确操作和控制提供准确反馈。

2. 设计与材料

2.1 结构

软体仿人手指主要由三个磁指腹和 3D 霍尔传感器组成，以尼龙基板为支撑。磁指腹由永久磁性颗粒（NdFeB，BY - Br - 500）与硅胶（Ecoflex 00 - 30）混合固化而成，具有高剩余磁化强度和可变形性，能适应不同形状的交互表面。尼龙基板仿照人手设计，用于固定磁指腹和 3D 霍尔效应传感器，实现包络抓取。指节部分采用高性能聚氨酯橡胶（PMC780）铸造固化，保证了结构的坚固和耐用。3D 霍尔效应传感器（MLX90393）均匀放置在每个手指背面，与磁指腹的磁膜相对，用于检测磁场强度的变化。
该设计的工作原理为：当磁指腹与物体接触产生变形时，内部的永久磁性颗粒位置发生移动，导致磁场变化，3D 霍尔效应传感器收集变化的磁场值，通过分析数据、提取触觉特征并拟合接触力。同时，磁场强度与距离的三次方成反比，即 (B \propto \frac{1}{R^3})。

部件	材料	作用