一种红外触觉传感器制造技术

本发明专利技术提供一种红外触觉传感器，包括红外探测传感器单元和光纤力觉传感器单元；所述红外探测传感器单元利用被调制的红外发射光被物体反射的原理，由光敏管以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在；所述光纤力觉传感器单元利用光纤微弯感生的由芯模到包层模的耦合，使光在芯模中再分配，通过检测设定模式的光功率变化来探测外界压力的大小。本发明专利技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、可挠曲、结构简单、体积小、重量轻、耗电少等优点；采用复合传感器的方式，利用红外探测功能进行抓取或接触对象的预判，提高行动可靠性。行动可靠性。行动可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种红外触觉传感器


[0001]本专利技术涉及仪器仪表
，特别涉及一种红外触觉传感器。

技术介绍

[0002]触觉是机器人除视觉以外的最重要的信息来源，人类依靠接触觉、压觉、滑觉、力觉、痛觉、冷热觉等感觉反映出外界的机械、物理刺激。机器人触觉传感器的研究目标就是模拟人的这些感觉，以达到探测物体的位置、形状、姿态、摸索运动路径、控制速度及机械手的握力等目的。
[0003]随着机器人技术的发展，对机器人的智能化要求及作业环境的复杂化,机器人应能不仅仅按照预先编好的指令重复地执行某些序列动作，而是要在复杂的作业环境中感知外部信息做出判断，并执行某些动作。
[0004]由于机器人常作业于高强电磁干扰或对人体有害的恶劣环境中，一般的传感器难以可靠的工作。因此，给机器人安装适当的触觉传感器,使机器人具有某些触觉功能，具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种红外触觉传感器，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]本专利技术的技术方案是：提供一种红外触觉传感器，包括红外探测传感器单元和光纤力觉传感器单元；
[0007]所述红外探测传感器单元利用被调制的红外发射光被物体反射的原理，由光敏管以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在；
[0008]所述光纤力觉传感器单元利用光纤微弯感生的由芯模到包层模的耦合，使光在芯模中再分配，通过检测设定模式的光功率变化来探测外界压力的大小。
[0009]进一步的，所述红外探测传感器单元包括红外敏感单元、光电转换单元、滤波放大单元、模数转换单元和第一采集分析单元；
[0010]所述红外敏感单元以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在；所述红外敏感单元接收到光源的光强，然后基于光电导效应通过改变入射光强改变其电阻特性，利用光电转换单元，将接收到的光信号转换成电信号，然后通过滤波放大单元进行信号滤波和放大，获得较纯正的信号，接着基于模数转换单元可以将获得的模拟信号转换成数字信号，最后将数字信号通过第一采集分析单元进行数据分析，得到对应的触觉信号值。
[0011]进一步的，所述光纤力觉传感器单元包括光纤阵列和第二采集分析单元；所述光纤阵列将光电信号传输至所述第二采集分析单元；
[0012]所述光纤阵列由两层光纤正交构成；第一层是平行放置的柔性塑胶光纤，端面同发光管耦合作为发射光纤；当外力作用使光纤变形时，透过光减少与压力大小成函数关系；
第二层是1个平行放置的有机玻璃光纤和1个光敏管藕合构成的接收光纤；两层光纤相互垂直，每个交叉点即为一个敏感元；第二层的作用是藕合上层散射光，采用高灵敏度、低损耗的有机玻璃光纤提高耦合效率。
[0013]本专利技术提供的红外触觉传感器取得的有益效果是：
[0014]1)该传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、可挠曲、结构简单、体积小、重量轻、耗电少等优点。
[0015]2)采用复合传感器的方式，利用红外探测功能进行抓取或接触对象的预判，提高行动可靠性。
[0016]3)利用多层光纤基于光学相关方法测量微弯作用下光纤受力后的光通量变化，通过增加层数提高灵敏度，并增加光纤机械强度进而增大测力范围。
附图说明
[0017]下面结合附图对专利技术作进一步说明：
[0018]图1为本专利技术实施例提供的红外光纤式复合触觉传感器结构框图；
[0019]图2为本专利技术实施例提供的红外探测传感器单元工作原理图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的光纤力觉传感器单元工作原理图。
具体实施方式
[0021]以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的红外触觉传感器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。
[0022]针对严酷环境用的协作机器人，本专利技术设计了一种灵敏度高、抗电磁干扰、环境适应性好、结构简单的红外光纤式复合触觉传感器。
[0023]图1为本专利技术实施例提供的红外光纤式复合触觉传感器结构框图。如图1所示，本专利技术提供的红外光纤式复合触觉传感器由红外探测传感器单元和光纤力觉传感器单元组成，其中：红外探测传感器单元主要由光源、红外敏感单元、光电转换单元、滤波放大单元、模数转换单元和采集分析单元等组成；光纤力觉传感器主要由光源、光纤敏感单元、采集分析单元等组成。
[0024]红外光纤式复合触觉传感器安装于协作机器人的机械末端执行器内，可用于获取机器人抓取或接触对象后得到的信息，作为机器人其他传感系统的补充，为后续行动提供判断。
[0025]红外探测传感器单元利用被调制的红外发射光被物体反射的原理，由光敏管以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在。
[0026]光纤力觉传感器单元利用光纤微弯感生的由芯模到包层模的耦合，使光在芯模中再分配，通过检测一定模式的光功率变化来探测外界对之施加压力的大小。
[0027]实施例1
[0028]触觉是机器人非常重要的信息来源，给处于严酷环境的协作机器人安装适当的触觉传感器，使机器人具有某些触觉功能，可以提高机器人作业的智能化程度。
[0029]红外光纤式复合触觉传感器采用了模块化数据采集方式，具有实时检测、处理的功能。测量范围广，灵敏度高，对物体存在及外部力学特征进行“感知”，为协作机器人提供多层次的复合传感信息。
[0030]红外探测传感器单元工作原理如图2所示。利用被调制的红外发射光被物体反射的原理，由光敏管以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在。为使传感器即使在强光照射下或杂散光很强的环境中能正常工作，在传感器电路设计中采用脉冲电流激励发光管，使之发出一定重复频率的脉冲光。在接收电路部分利用带通滤波器选择光信号，并采用选通门使与调制光频率相同的信号通过。这样就在干扰光中检出规定频率的脉冲光，把杂散光引起的光信号剔除掉。
[0031]光纤力觉传感器单元基于光纤微弯效应和耦合效应，当垂直于光纤轴线的外力使光纤发生弯曲时，传输光有一部分泄漏到包层中去。这是由于微弯作用导致光纤内发生模式间耦合，导致光线在微弯处的传播发生变化。当光纤畸变的波数与传播模和辐射模之间波数差相等时，发生高损耗。
[0032]图3为本专利技术实施例提供的光纤力觉传感器单元工作原理图。如图3所示，所述光纤阵列由两层光纤正交构成。第一层是平行放置的柔性塑胶光纤，端面同发光管耦合作为发射光纤。由于其有明显的微弯效应，因而对力的作用非常敏感。当外力作用使光纤变形时，透过光减少与压力大小成函数关系。采用多层结构的光纤，可显著提高灵敏度，增加测力的范围。第二层是1个平行放置的有机玻璃光纤和1 个光敏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外触觉传感器，其特征在于，包括红外探测传感器单元和光纤力觉传感器单元；所述红外探测传感器单元利用被调制的红外发射光被物体反射的原理，由光敏管以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在；所述光纤力觉传感器单元利用光纤微弯感生的由芯模到包层模的耦合，使光在芯模中再分配，通过检测设定模式的光功率变化来探测外界压力的大小。2.如权利要求1所述的红外触觉传感器，其特征在于，所述红外探测传感器单元包括红外敏感单元、光电转换单元、滤波放大单元、模数转换单元和第一采集分析单元；所述红外敏感单元以差动方式接收漫反射回来的调制光，使机械末端执行器具有自动寻的功能，以判定前方是否有物体存在；所述红外敏感单元接收到光源的光强，然后基于光电导效应通过改变入射光强改变其电阻特性，利用光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪博，曹家兴，陈继刚，毛志勇，沈惠峰，
申请(专利权)人：上海精密计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：