近日，機(jī)械與電子工程學(xué)院閆銀發(fā)教授團(tuán)隊(duì)在《Nano Energy》上發(fā)表題為“Self-driven Synchronized Contour-following for Field uneven Based on Triboelectricity”的最新研究成果。機(jī)電學(xué)院孫林林副教授和碩士研究生楚海迪為共同第一作者，劉莫塵副教授、閆銀發(fā)教授和中國科學(xué)院唐偉研究員為共同通訊作者，我校為第一通訊單位。

農(nóng)業(yè)機(jī)械在田間作業(yè)時(shí)，仿形技術(shù)可根據(jù)地表高低起伏自動(dòng)調(diào)整自身姿態(tài)或作業(yè)深度、高度，提高農(nóng)業(yè)機(jī)械對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)能力和作業(yè)效率，增強(qiáng)作業(yè)的穩(wěn)定性和操作安全性，提升作業(yè)質(zhì)量并延長機(jī)具壽命。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械仿形一般采用激光雷達(dá)、遠(yuǎn)紅外、超聲波、機(jī)器視覺、仿形輪等檢測技術(shù)，易受農(nóng)作物遮擋、大田土塊干擾等影響，環(huán)境適應(yīng)性差，可靠性不足，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。

針對(duì)以上技術(shù)難題，團(tuán)隊(duì)研制了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)指插式旋轉(zhuǎn)摩擦電角度傳感器（SFRTAS），與仿形桿相連，仿形桿隨地表輪廓高度變化發(fā)生擺動(dòng)，仿形桿擺動(dòng)角度由SFRTAS實(shí)時(shí)檢測，通過建立地表輪廓高度與仿形桿擺動(dòng)角度間的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)地面輪廓變化的精準(zhǔn)仿形，并在實(shí)際大田環(huán)境中試驗(yàn)應(yīng)用。

圖1 基于摩擦納米發(fā)電機(jī)的自驅(qū)動(dòng)指插式旋轉(zhuǎn)摩擦電角度傳感器

如圖1所示，當(dāng)SFRTAS在農(nóng)機(jī)作業(yè)部件仿形機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)態(tài)摩擦層相對(duì)于靜態(tài)摩擦層順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，即動(dòng)態(tài)摩擦層FPCB與Kapton薄膜摩擦，交替在靜態(tài)摩擦層FPCB柵格電極上產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)，并向外部輸出交流信號(hào)。

圖2所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SFRTAS 具有卓越的穩(wěn)定性、良好的電輸出性能以及長期工作穩(wěn)定性。實(shí)現(xiàn)了傳感精度達(dá)到0.188 mm，靈敏度達(dá)到7.69 P·mm-1，角度精度達(dá)到0.5°，抗外界環(huán)境干擾能力強(qiáng)。團(tuán)隊(duì)研制的自驅(qū)動(dòng)仿形傳感器可準(zhǔn)確、快速、連續(xù)感知地面起伏變化，為農(nóng)機(jī)裝備仿形精準(zhǔn)作業(yè)提供新方案。

圖2 SFRTAS輸出性能測試

該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目、山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和山東省蠶桑產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111139

編      輯：萬    千 

審      核：賈    波