利用3D磁性传感器制作一个具有触觉感知的“手指”

你是否曾好奇，一个简单的触摸或按压如何通过磁场被检测到?

在本项目中，我们将深入探讨配备XENSIV™ TLI493D-x4D7磁性手指的3D磁性传感器2 GO套件。

其原理十分简单：四个小型磁铁嵌入一根柔性硅胶手指内，其下方安装有四个3D霍尔传感器。当硅胶手指受到按压或形变时，磁铁会相对于传感器发生位移。这种位置变化可被直接测量，并在计算机上以图形化方式呈现。

本文中，我们将了解磁性手指背后的硬件结构，设置所需的软件，并观察传感器数据在图形用户界面中的实时显示。

硬件概览

该套件的核心是四个XENSIV™ TLI493D-x4D7 3D霍尔传感器。每个传感器均能对三维磁场进行测量，使系统能够检测到当硅胶手指受到压力时，PCB上方磁铁的移动情况。

四个传感器通过菊花链式UART接口进行通信，因此可以通过单个UART连接访问它们。

构建磁性手指

该套件最有趣的部分之一是柔性磁性手指的制作过程。

手指采用两步法硅胶铸造工艺制造。一个定制模具固定PCB的位置，同时形成第一层硅胶。

首先，在PCB的传感器区域周围浇注一层透明硅胶。使用透明硅胶作为内部结构，还能让下方的传感器和磁铁布局清晰可见。

随后，在四个3D霍尔传感器上方放置小型磁铁，每个磁铁对应下方的一个XENSIV™ TLI493D-x4D7传感器。

在内部结构完成后，再添加一层硅胶以形成柔软的外表面，从而完成手指的整体构造。

最终得到的是一种紧凑而柔韧的结构，其中每个磁铁都可以相对于其对应的传感器自由移动。

当手指被按压时，硅胶会发生形变，磁铁随之移动。传感器则检测到由此产生的三维磁场变化。

按压 → 磁铁运动 → 磁场变化 → 3D霍尔传感器

这使得手指能够将物理按压或形变转化为可测量的传感器数据。

软件概览

既然我们了解了手指内部发生的情况，现在就将其连接到计算机并查看测量结果。

步骤1：安装驱动程序

在连接电路板之前，请先安装提供的CY7C65211-24LTXI驱动程序。

如果软件包以ZIP文件形式提供，请先解压文件，然后运行驱动程序安装程序。

步骤2：连接电路板

使用USB-C数据线将3D磁力传感器2 GO套件连接到电脑上。

请确保所用数据线支持数据传输，而不是仅用于充电的电源线。

一旦电路板正确连接，PCB上的LED灯应会亮起。

步骤3：启动图形界面

驱动程序安装并电路板连接完成后，启动以下程序：

MagneticFingerGUI.exe

磁铁距离监视器将显示四个独立的传感器位置，让我们可以观察嵌入式磁铁的移动情况。

在开始实验前，可通过“重新校准偏移”按钮对系统进行重新校准。

为了让可视化效果与物理电路板一致，请将PCB保持在USB-C接口朝右的位置。

接下来就是有趣的部分了!

按压硅胶手指的不同区域，观察图形界面(GUI)中会发生什么。

当施加压力时，硅胶会发生形变，磁铁相对于霍尔传感器的位置也会发生变化。这些运动被四个XENSIV™传感器检测到，并在图形界面上显示出来。

尝试按压不同的角落或施加不同力度的压力，观察各个传感器的响应如何变化。

这提供了一种快速且直观的方式，用于实验3D磁感应技术，了解物理运动如何转化为传感器数据。

快速故障排除

如果图形界面无法建立连接，请检查是否已安装USB转UART驱动程序，以及USB-C线缆是否支持数据传输。

如果测量值突然跳变或出现异常行为，请避免在操作手指时触碰带电的裸露元件。围绕USB接口握住电路板有助于防止不必要的电气干扰。

进一步扩展

下一步是将多个磁性手指组合起来，形成一个具有触觉感知的手。通过整合多根手指，这一概念可以从检测单个触碰，拓展到探索抓握、物体交互以及多点触觉传感。

这是探索磁性传感技术未来机器人手所能实现功能的理想起点。

本文编译自hackster.io