光纤光栅力触觉传感器、机器人及其机械手指尖制造技术

一种光纤光栅力触觉传感器、机器人及其机械手指尖，包括：固定板，为具有上部表面和下部表面的条形结构；传递杆，具有可变形横梁，传递杆通过设置在可变形横梁上的紧固件固定在固定板上，传递杆的可变形横梁穿过固定板的上部表面和下部表面并相对于固定板悬空；可变形横梁包括用于感知外力的受力端和与位于受力端相对一端的辅助端；传输光纤，其首端自固定板的下部表面依次预拉紧穿过可变形横梁的受力端、固定板的上部表面以及可变形横梁的辅助端后与传输光纤的尾端固定在固定板的下部表面；第一光纤光栅，设置在靠近可变形横梁的辅助端下方的传输光纤上；第二光纤光栅，设置在靠近可变形横梁的受力端下方的传输光纤上。结构紧凑，能够实现温度补偿，减少采集误差。

Fiber grating force tactile sensor, robot and its mechanical finger tips

A fiber Bragg grating force tactile sensor, robot and its mechanical fingertips include: a fixed plate, a strip structure with upper and lower surfaces; a transfer rod, with a deformable cross beam, a transfer rod is fixed on the fixed plate through a fastener set on the deformable cross beam, and a deformable cross beam of the transfer rod passes through the fixed plate. The upper and lower surfaces of the fixed plate are suspended relative to the fixed plate; the deformable cross beam includes the force end used to sense the external force and the auxiliary end located at the opposite end of the force end; the transmission optical fiber, whose first end is pre-tensioned from the lower surface of the fixed plate in turn through the force end of the deformable cross beam, the upper surface of the fixed plate, and The auxiliary end of the deformable cross beam and the end of the transmission fiber are fixed on the lower surface of the fixed plate; the first fiber grating is arranged on the transmission fiber near the auxiliary end of the deformable cross beam; and the second fiber grating is arranged on the transmission fiber near the stress end of the deformable cross beam. Compact structure, can achieve temperature compensation, reduce acquisition error.

【技术实现步骤摘要】
光纤光栅力触觉传感器、机器人及其机械手指尖
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种光纤光栅力触觉传感器、机器人及其机械手指尖。
技术介绍
随着机器人智能化的飞速发展，机器人对外界信息的力触觉感知越来越重要，具备力触觉信息反馈的机器人才能更加精准的完成各种精细、复杂的作业内容，因此高精度、高可靠性、可集成化的力触觉传感器的研发得到科技界重视。目前报道力触觉传感器多是基于电容、应变片等电磁信号类元件而设计的，这类元件受温度、潮湿等影响产生的零点漂移大，弱电信号难以抵抗复杂环境中存在的电磁干扰，而且信号引线数量往往较多，不利于微型化和集成化。光纤光栅传感技术因具有体积细微、光信号抗电磁干扰、可多个光纤光栅可串接复用、易于组网测量等突出优势，得到了机器人传感领域的重视。韩国科学技术学院(KAIST)的JinSeokHeo等人将一个光纤光栅嵌入至一个直径为100mm的聚二甲硅氧烷(PDMS)圆盘内，构成一个单点的触觉压力传感器，当有压力作用在传感器表面时，光纤光栅的波长发生改变；后来又提出了一种“桥型”的力触觉传感器，光纤光栅穿过桥型结构两侧的孔后固定，在压力作用下，结构产生伸缩变形，结构内侧空间里的光纤光栅波长发生相应变化。罗马生物医药大学的PaolaSaccomandi等人在带有凹槽的聚二甲硅氧烷(PDMS)结构上布置光纤光栅，在外界力作用下光纤光栅波长发生变化。申请号为201410213244.8的中国专利技术专利公开了一种光纤光栅原理的触觉阵列传感器，将带有多个光纤光栅的光纤嵌入到一种聚二甲硅氧烷(PDMS)薄膜中，形成整体性良好的触觉传感体。但上述这些基于光纤光栅原理的触觉传感器的制造过程比较繁琐，而且均未考虑温度补偿问题。因此，如何提供一种结构紧凑的新型光纤光栅力触觉传感器成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，如何提供一种结构紧凑的新型光纤光栅力触觉传感器。为此，根据第一方面，本专利技术实施例公开了一种光纤光栅力触觉传感器，包括：固定板，为具有上部表面和下部表面的条形结构；传递杆，具有可变形横梁，传递杆通过设置在可变形横梁上的紧固件固定在固定板上，传递杆的可变形横梁穿过固定板的上部表面和下部表面并相对于固定板悬空；可变形横梁包括用于感知外力的受力端和与位于受力端相对一端的辅助端；传输光纤，其首端自固定板的下部表面依次预拉紧穿过可变形横梁的受力端、固定板的上部表面以及可变形横梁的辅助端后与传输光纤的尾端固定在固定板的下部表面；第一光纤光栅，设置在靠近可变形横梁的辅助端下方的传输光纤上；第二光纤光栅，设置在靠近可变形横梁的受力端下方的传输光纤上。可选地，传递杆的受力端和辅助端分别设置有贯穿传递杆上下表面的凹槽，用于为传输光纤提供穿过可变形横梁的通路。可选地，可变形横梁的受力端到传递杆与固定板的固定位置的距离大于可变形横梁的辅助端到传递杆与固定板的固定位置的距离。可选地，还包括：关节板，与固定板的下部表面固定连接；关节板上开设有贯穿其上下表面的通孔，用于穿过传输光纤的首端和尾端，以向外界传输光纤光栅信号。可选地，传递杆包括：支撑部，传递杆的可变形横梁通过支撑部相对于固定板悬空固定。可选地，支撑部为一字形，支撑部的两端分别与固定板和可变形横梁固定连接。可选地，支撑部为L字形，支撑部的两端分别与固定板和可变形横梁固定连接。可选地，支撑部与可变形横梁为一体化结构。根据第二方面，本专利技术实施例公开了一种机械手指尖，包括：指尖套，具有内腔，在内腔腔壁的预设位置设置有感力区域；上述第一方面公开的光纤光栅力触觉传感器，光纤光栅力触觉传感器设置在指尖套的内腔内，可变形横梁的受力端搭接在感力区域；感力区域将接收到的外力传递给受力端。根据第三方面，本专利技术实施例公开了一种机器人，包括：机器人本体；上述第二方面公开的机械手指尖，设置在机器人本体上；光纤光栅解调器，设置在机器人本体内部，光纤光栅解调器与传输光纤的首端及尾端信号连接，光纤光栅解调器用于对传输光纤传送的光纤光栅信号进行解调得到用于表征受力大小的传感信号。本专利技术技术方案，具有如下优点：本专利技术实施例提供的光纤光栅力触觉传感器、机器人及其机械手指尖，传递杆具有可变形横梁，传递杆的可变形横梁穿过固定板的上部表面和下部表面并相对于固定板悬空固定；并且，可变形横梁包括用于感知外力的受力端和与位于受力端相对一端的辅助端，使得在可变形横梁的受力端感受到外力时，能够引起可变形横梁产生相应的位移，结构紧凑；由于第一光纤光栅设置在靠近可变形横梁的辅助端下方的传输光纤上，第二光纤光栅设置在靠近可变形横梁的受力端下方的传输光纤上，从而能够通过光纤光栅采集到可变形横梁产生的位移，从而能够采集到受力端的受力情况。此外，由于光纤光栅成对设置在可变形横梁的两端，使得光纤光栅能够相对对称受力，继而能够实现温度补偿，减少采集误差。作为可选的技术方案，关节板与固定板的下部表面固定连接；关节板上开设有贯穿其上下表面的通孔，用于穿过传输光纤的首端和尾端，以向外界传输光纤光栅信号。通过关节板与固定板的下部表面固定连接，使得光纤光栅力触觉传感器方便可拆卸连接至关节上，从而提高了光纤光栅力触觉传感器的可替代性和通用性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实施例1中机械手指尖及其光纤光栅力触觉传感器结构示意图；图2为本实施例中一种传递杆结构示意图；图3为本实施例中另一种传递杆结构示意图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。为了提供一种结构紧凑的新型光纤光栅力触觉传感器，本实施例公开了一种光纤光栅力触觉传感器，请参考图1，为本实施例公开的一种光纤光栅力触觉传感器结构示意图，该光纤光栅力触觉传感器包括：固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅力触觉传感器，其特征在于，包括：固定板(1)，为具有上部表面和下部表面的条形结构；传递杆(2)，具有可变形横梁，所述传递杆(2)通过设置在所述可变形横梁上的紧固件固定在所述固定板(1)上，所述传递杆(2)的可变形横梁穿过所述固定板(1)的上部表面和下部表面并相对于所述固定板(1)悬空；所述可变形横梁包括用于感知外力的受力端和与位于所述受力端相对一端的辅助端；传输光纤(3)，其首端自所述固定板(1)的下部表面依次预拉紧穿过所述可变形横梁的受力端、所述固定板(1)的上部表面以及所述可变形横梁的辅助端后与所述传输光纤(3)的尾端固定在所述固定板(1)的下部表面；第一光纤光栅(41)，设置在靠近所述可变形横梁的辅助端下方的传输光纤(3)上；第二光纤光栅(42)，设置在靠近所述可变形横梁的受力端下方的传输光纤(3)上。

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅力触觉传感器，其特征在于，包括：固定板(1)，为具有上部表面和下部表面的条形结构；传递杆(2)，具有可变形横梁，所述传递杆(2)通过设置在所述可变形横梁上的紧固件固定在所述固定板(1)上，所述传递杆(2)的可变形横梁穿过所述固定板(1)的上部表面和下部表面并相对于所述固定板(1)悬空；所述可变形横梁包括用于感知外力的受力端和与位于所述受力端相对一端的辅助端；传输光纤(3)，其首端自所述固定板(1)的下部表面依次预拉紧穿过所述可变形横梁的受力端、所述固定板(1)的上部表面以及所述可变形横梁的辅助端后与所述传输光纤(3)的尾端固定在所述固定板(1)的下部表面；第一光纤光栅(41)，设置在靠近所述可变形横梁的辅助端下方的传输光纤(3)上；第二光纤光栅(42)，设置在靠近所述可变形横梁的受力端下方的传输光纤(3)上。2.如权利要求1所述的光纤光栅力触觉传感器，其特征在于，所述传递杆(2)的受力端和辅助端分别设置有贯穿所述传递杆(2)上下表面的凹槽，用于为所述传输光纤(3)提供穿过所述可变形横梁的通路。3.如权利要求1所述的光纤光栅力触觉传感器，其特征在于，所述可变形横梁的受力端到所述传递杆(2)与所述固定板(1)的固定位置的距离大于所述可变形横梁的辅助端到所述传递杆(2)与所述固定板(1)的固定位置的距离。4.如权利要求1-3任意一项所述的光纤光栅力触觉传感器，其特征在于，还包括：关节板(5)，与所述固定板(1)的下部表面固定连接；所述关节板(5)上开设有贯穿其上下表面的通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊丽，郭永兴，蒋国璋，孔建益，李公法，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42