機(jī)器人手指光纖式壓觸覺傳感器研究.pdf

1、機(jī)器人觸覺感知技術(shù)對(duì)于機(jī)器人的智能化應(yīng)用有著極為重要的意義，隨著機(jī)器人工作環(huán)境的日趨復(fù)雜化，機(jī)器人在壓觸覺感知方面的性能要求也越來越高。光纖傳感器因具有體積小、柔性好、靈敏度高、抗電磁干擾及成本低等方面優(yōu)點(diǎn)，在壓觸覺傳感器的微型化、柔性化和陣列化等方面更具有優(yōu)勢(shì)。將光纖傳感應(yīng)用到機(jī)器人手指壓觸覺檢測(cè)是當(dāng)前機(jī)器人觸覺感知領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究成果如下:
　　1)通過對(duì)機(jī)器人手指觸覺感知技術(shù)研究現(xiàn)狀的

2、檢索和分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的電子式壓觸覺傳感器存在難柔性化和抗電磁干擾差等不足。針對(duì)這一情況，分析了光纖式壓觸覺傳感器的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合光纖彎曲特性的傳感機(jī)理，對(duì)光纖式壓觸覺傳感器在機(jī)器人手指觸覺方面的感知應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。
　　2)光纖的彎曲形變會(huì)對(duì)光纖的傳輸性能產(chǎn)生影響，通過分析彎曲結(jié)構(gòu)對(duì)光纖的折射率、數(shù)值孔徑和傳輸損耗等參數(shù)的影響，論證了光纖彎曲傳感應(yīng)用在手指壓觸覺感知方面的可行性，并將塑料光纖和石英光纖的傳輸性能進(jìn)行了對(duì)比

3、分析。
　　3)結(jié)合機(jī)器人手指形狀和光纖彎曲的性能參數(shù)，設(shè)計(jì)了兩種光纖壓觸覺傳感器，一種是基于單模光纖純彎曲結(jié)構(gòu)的壓觸覺傳感器，另一種是基于塑料光纖彎曲和位移結(jié)構(gòu)的壓觸覺傳感器。使用多物理場(chǎng)分析軟件COMSOL對(duì)光纖的彎曲和結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行仿真模擬，確定了兩種壓觸覺傳感器的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)。設(shè)計(jì)了使用純光纖檢測(cè)機(jī)器人手指彎曲度的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，最后對(duì)設(shè)計(jì)好的壓觸覺傳感器進(jìn)行柔性材料的封裝和制作。
　　4)針對(duì)壓觸覺傳感器的解調(diào)原理，

4、搭建了實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，對(duì)傳感器的性能參數(shù)進(jìn)行了靜態(tài)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定。對(duì)機(jī)器人手指彎曲檢測(cè)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的兩種壓觸覺傳感器基本滿足要求，其中塑料光纖壓觸覺傳感器的檢測(cè)范圍為0-20N，靈敏度為0.839dBm/N，單模石英光纖壓觸覺傳感器的檢測(cè)范圍為0-4N，靈敏度為0.125mW/N，兩者的線性度和重復(fù)度都較好。手指彎曲度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)效果比較明顯，能夠檢測(cè)的角度范圍為0-90度，但表現(xiàn)出非線性。
　　文章的最后進(jìn)行了總