光纤传感器、压力传感器、末端执行器以及应力检测方法技术

本发明专利技术提供光纤传感器、压力传感器、末端执行器以及应力检测方法。在ＦＢＧ传感器（２２）中，应力方向转换部（３０）具有：从外部被施加应力的平坦部（３２）；以及从平坦部（３２）架设至光缆（２０）的应力传递部（３４ａ、３４ｂ）。光缆（２０）的由光栅（２６）所反射的反射光通过的倾斜部（４０ｂ）沿着构成应力传递部（３４ｂ）的倾斜部（３６）来配置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有排列着反射特定波长的光的光栅的光纤的光纤传感器；在片体 中配置所述光纤传感器的压力传感器；以及配设有该压力传感器的末端执行器，并涉及使 用所述光纤传感器、所述压力传感器以及所述末端执行器的应力检测方法。
技术介绍
以往，公知有这样的压力传感器将光纤作为传感器配置于片体，通过检测由物体 对所述片体施加了压力(应力)时的所述光纤的变形，检测配置有所述光纤的部位的压力 (参照日本特许第3871874号公报和日本特开2002-071323号公报)。另一方面，还公知有利用MEMS (Micro Electro Mechanical Systems 微机电系 统)技术的压力传感器，该MEMS技术将在垂直方向和水平方向被施加的压力(垂直应力、 水平应力)作为电信号检测出来(日本特开2009-068988号公报)。将日本特许第3871874号公报、日本特开2002-071323号公报以及日本特开 2009-068988号公报中公开的压力传感器应用于进行复杂组装的FA (Factory Automation 工厂自动化)用工作机械的末端执行器，检测该末端执行器对物体的把持状态，并基于由 所述压力传感器检测出的压力对所述末端执行器进行反馈控制，在情况下很有可能产生下 述课题。在将日本特许第3871874号公报和日本特开2002-071323号公报的压力传感器应 用于末端执行器的情况下，尽管能检测出被物体所施加的压力(应力)的大小和方向，然而 难以将该应力分离为多个方向上的分量来检测。由此，由于不能获知所述末端执行器所把 持的物体的状态，因而无法确认该物体是否从所述末端执行器脱落，无法确认是否有效进 行了预期的组装。并且，在将日本特开2009-068988号公报的压力传感器应用于末端执行器的情况 下，由于构成该压力传感器的基板由Si晶片构成，因而难以将所述压力传感器附设到具有 曲面的末端执行器的曲面部位。而且，为了保护所述Si晶片免受过度应力，并电保护由应 力转换得到的电信号免受电磁波噪声和各种浪涌(例如由人体、各种设备的静电引起的静 电浪涌)，在需要模压该Si晶片的情况下，具有制造成本上升的缺点。而且，如果需要将施 加给物体的应力分离为多个方向的分量检测出来，压力传感器的结构会变得复杂，并且对 由所述应力转换得到的电信号的信号处理变得麻烦。因此，日本特开2009-068988号公报所公开的压力传感器由于其结构复杂且大型 化、昂贵，因而不能容易地附设到末端执行器上。如果将所述压力传感器附设到所述末端执 行器上，则该末端执行器很有可能整体大型化。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述各种问题而作成的，本专利技术的目的在于提供一种结构比较简 单、能将由物体施加的应力分离为多个方向(垂直方向、水平方向)来检测、避免物体从末端执行器脱落、可靠执行组装工序、并且低廉、适于小型化的光纤传感器、压力传感器以及 末端执行器。本专利技术涉及的光纤传感器的特征在于，该光纤传感器具有应力检测传感器部，其由排列着反射特定波长的光的光栅的光纤构成；以及应力方向转换部，其将从外部施加的应力转换为排列所述光栅的方向的应力并传 递给所述光纤，所述应力方向转换部具有从外部被施加应力的平坦部；以及从该平坦部架设至 所述光纤的应力传递部，将所述光纤的、由所述光栅所反射的所述特定波长的光通过的一端部沿着所述应 力传递部配置。根据上述结构，当由物体对平坦部施加垂直应力时，应力方向转换部将所述垂直 应力转换为排列光栅的方向的应力，并将转换后的应力经由应力传递部传递给所述光纤。 由此，通过转换后的应力使所述光栅发生变形，由该光栅所反射的光的波长(反射波长)发 生变化。因此，通过检测所述光栅的所述反射波长的偏移量，能检测出所述垂直应力。另一方面，当由所述物体对所述平坦部施加了水平应力时，所述平坦部受到所述 水平应力而在沿着该平坦部的方向(排列所述光栅的方向)移位。如上所述，由于所述应 力传递部将所述平坦部和所述光纤架设起来，因而至少所述应力传递部的所述平坦部侧由 于对该平坦部施加的所述水平应力而与所述平坦部一起移位。在此，使光从外部入射到所述光纤，并使该入射光通过所述光纤的沿着所述应力 传递部配置的一端部并引导至所述光栅，另一方面，在使特定波长的光(反射光)从所述光 栅通过所述光纤的一端部射出到外部的情况下，由于向所述平坦部施加所述水平应力而使 所述应力传递部的一部分与所述平坦部一起一体地移位时，所述光纤的一端部伴随所述移 位而弯曲，所述光纤发生弯曲损失。由于该弯曲损失的产生而使通过所述光纤的一端部出 射到外部的所述反射光的强度(反射波强度)变化。因此，在本专利技术中，通过检测由所述弯曲损失引起的所述反射波的强度的变化量， 从而检测与所述反射波的强度对应的所述水平应力。因此，根据上述结构，能以比较简单的结构，将被物体被施加的应力(垂直应力、 水平应力)分离为多个方向(垂直方向、水平方向)来检测。即，在本专利技术中，可利用从一 根光纤所输出的反射光(一个输出信号)，容易检测所述垂直应力和所述水平应力。并且，在将所述光纤传感器搭载在机械手等的末端执行器上，而且该末端执行器 把持物体的情况下，所述光纤传感器可将被所述物体施加给所述末端执行器的外力(垂直 应力、水平应力)分离为多个方向上的分量来检测，因而能够容易地把握在所述末端执行 器的空间坐标内所述外力如何作用。由此，能可靠避免在所述末端执行器把持所述物体过程中该物体滑落。并且，通过 将所述光纤传感器装设到所述末端执行器上，能使以往困难的组装作业自动化。例如在将本专利技术应用于由末端执行器来把持形状容易因施加外力而变化的具有 柔性的物体的同时进行组装的工序的情况下，通过使用光纤传感器检测施加给所述末端执 行器中的所述物体的把持面(接触面)的垂直应力或水平应力，能自动地进行在把持中对 所述物体的变形识别、或者与该识别对应的对末端执行器的控制。并且，在确认当组装具有柔性的所述物体时的钩挂和牵引的拉伸时，能检测所述把持面上的垂直应力和水平应力， 能根据检测出的各应力，控制所述末端执行器把持所述物体的力。而且，由于利用光纤来检测应力，因而即使所述光纤传感器暴露于电磁波噪声和 各种浪涌等也不会受到任何影响。因此，即使在许多大型设备工作的工厂等的环境下使用， 也能在避免上述各噪声影响的同时，比较稳定地计测应力。并且，所述平坦部沿着排列所述光栅的方向来配置，所述应力传递部可以由以下 构成第1倾斜部，其从所述平坦部的一端部向所述光纤倾斜；第1接合部，其与所述第1倾 斜部相连，并包围所述光纤的外周面中的所述光栅的一端部侧的附近；第2倾斜部，其从所 述平坦部的另一端部向所述光纤倾斜；以及第2接合部，其与所述第2倾斜部相连，并包围 所述光纤的外周面中的所述光栅的另一端部侧附近。由此，能将所述垂直应力效率良好地转换为沿着所述光栅的方向的应力，并传递 给所述光纤(所述光栅)。并且，在所述水平应力被施加给所述平坦部的情况下，能将所述 水平应力效率良好地传递给所述光纤的一端部。在该情况下，将所述光纤的一端部沿着所述第1倾斜部或所述第2倾斜部配置的 话，当所述水平应力被施加给所述平坦部时，能使所述光纤的、配置于所述第1倾斜部或所 述第2倾斜部的一端部可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传感器，其特征在于，该光纤传感器具有：应力检测传感器部（２８、１２８、２２８），其由排列着反射特定波长的光的光栅（２６、１２６、２２６）的光纤（２０、１２０、２２０）构成；以及应力方向转换部（３０、１３０、２３０），其将从外部施加的应力转换为排列所述光栅（２６、１２６、２２６）的方向的应力并传递给所述光纤（２０、１２０、２２０），所述应力方向转换部（３０、１３０、２３０）具有：平坦部（３２、１３２、２３２），其从外部被施加应力；以及应力传递部（３４ａ、３４ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、２３４ａ、２３４ｂ），其从该平坦部（３２、１３２、２３２）架设至所述光纤（２０、１２０、２２０），将所述光纤（２０、１２０、２２０）的、由所述光栅（２６、１２６、２２６）所反射的所述特定波长的光通过的一端部沿着所述应力传递部（３４ａ、３４ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、２３４ａ、２３４ｂ）配置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：国头正树，笛木信宏，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]