CN1028906C - 柔性光纤阵列触觉传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光电技术领域，主要用于智能机器人的抓手，起到触摸物体表面形状和纹理的作用。它是由一层柔性光纤与一层普通光纤正交组合制成(如图)。这种传感器主要基于光纤微弯效应和光纤正交耦合的原理，它在工作时不受周围环境的影响，特别是能够抗电场和磁场的干扰。在自动化生产、假肢技术及遥感技术等领域有广泛的用途。
本发明的这种传感器不仅薄，而且还具有柔性。它能够达到很高的分辩力，成本也很低，因此很容易实用化。
Description
本发明属于智能机器人光电技术领域的一种传感器。
从目前的资料看，触觉传感器还没有实质性的突破，正处于新原理、新结构的探索中。近些年出现了一些商品化的触觉传感器，如：美国Lord公司的LTS100系列的触觉传感器：TS402，TS403触觉传感器，英国Bany Wright公司的Sensor flex触觉传感器等。还有一些正处于研制阶段的触觉传感器，基本原理是靠全内反射及光电转换等。这些传感器都具有一定的硬度，并且难以实现类似人皮肤一样薄。如何实现类似人类皮肤一样功能的传感器应用于机器人，是人们攻克的一个技术难题。
触觉传感器是智能机器人的一个重要组成部分，随着自动化生产越来越高的要求，相应地要求传感器也要有类似人的手指一样的功能。不仅要求传感器有高度的灵活性，而且还要有多种功能，因为机器人的手爪在抓握物体时需要进行定向、形状、性质等判断。为了实现这些判断，就要求在手爪上应用高性能触觉传感器，实际上就是需要类似人手指皮肤一样的传感器。柔性光纤阵列触觉传感器就是为了实现上述目的而发明的一种新型传感器。
本发明的这种触觉传感器是基于光纤微弯效应和正交光纤耦合的原理，它是由两层并列光纤正交放置（如图1），接触物体的一层是柔性光纤，下面一层光纤是传输光纤，具有一定的硬度，比上一层硬度要大，最下面是具有一定柔性的橡胶基座。
当物体作用在上层柔性光纤时，由于下层传输光纤具有一定的硬度，
并且与上层正交放置，这样就使上层柔性光纤发生微弯变形（如图2）。当光从柔性光纤的两端入射并在光纤中传播时，在柔性光纤的微弯处光的全反射条件被破坏，光将渗漏出来，传到下层传输光纤中。未受力作用之处将不发生微弯效应，没有光渗漏到下层光纤中。用光电器件扫瞄下层传输光纤两端，这样就可探测到哪一点受到压力和受压力的大小。光从柔性光纤两端入射以及扫瞄传输光纤两端的目的是为提高信噪比，再通过计算机处理即可获得作用物体接触面的形状。其形状的分辨力由柔性光纤直径的大小决定，柔性光纤的直径越小，分辨力就越高，识别图象的效果也越好。
图1 柔性光纤阵列触觉传感器结构图
图2 柔性光纤阵列触觉传感器工作原理图
本发明的传感器不仅实现了薄和柔的特性，而且还能够达到很高的分辨力。在黑暗中，以及视觉被遮挡等情况时还能够起到视觉很难完成的物体识别的任务。它在工作时具有不受周围环境影响和抗电磁场干扰的特性，因此这种传感器在许多领域中都有着重要的应用。
制作这种触觉传感器所用的柔性光纤是橡胶光纤，柔性非常好，下层光纤可采用有机玻璃或石英玻璃等光纤。上、下两层光纤的直径可以相同也可以不同。下层光纤直径小于上层光纤直径时所产生的微弯效果要好一些。上、下两层光纤与橡胶基座用特殊胶粘在一起，使这三层形成一个牢固的整体，如图1所示，即可制成这种触觉传感器。这种传感器成本低，制作简单，易于实用化。
Claims (3)
1、一种用于智能机器人手指的光纤阵列触觉传感器，包括敏感光纤层，传输光纤层，传感器基座，其主要特征在于：敏感光纤层为柔性光纤层1，敏感光纤层正交放置在刚性传输光纤层2的上面，传输光纤层置于橡胶基座3的上面。
2、根据权利要求1所述，柔性光纤层由透明柔软光纤制成。
3、根据权利要求1所述，敏感光纤层、传输光纤层与橡胶基座用特殊胶粘在一起。
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