CN114800472B - 一种驱动感知一体化的软体执行器 - Google Patents
一种驱动感知一体化的软体执行器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114800472B CN114800472B CN202210574225.2A CN202210574225A CN114800472B CN 114800472 B CN114800472 B CN 114800472B CN 202210574225 A CN202210574225 A CN 202210574225A CN 114800472 B CN114800472 B CN 114800472B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- software
- fluid channel
- actuator
- signal
- change
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 39
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 35
- 230000008447 perception Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 67
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 10
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000004323 axial length Effects 0.000 claims description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 claims description 4
- XDZAFZVZTAGZHI-UHFFFAOYSA-N 1-ethyl-3-methyl-1,2-dihydroimidazol-1-ium;ethyl sulfate Chemical compound CCOS([O-])(=O)=O.CC[NH+]1CN(C)C=C1 XDZAFZVZTAGZHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019501 Lemon oil Nutrition 0.000 claims description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004359 castor oil Substances 0.000 claims description 3
- 235000019438 castor oil Nutrition 0.000 claims description 3
- ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N glycerol triricinoleate Natural products CCCCCC[C@@H](O)CC=CCCCCCCCC(=O)OC[C@@H](COC(=O)CCCCCCCC=CC[C@@H](O)CCCCCC)OC(=O)CCCCCCCC=CC[C@H](O)CCCCCC ZEMPKEQAKRGZGQ-XOQCFJPHSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010501 lemon oil Substances 0.000 claims description 3
- 239000000944 linseed oil Substances 0.000 claims description 3
- 235000021388 linseed oil Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 3
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012792 core layer Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- VRFOKYHDLYBVAL-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazol-3-ium;ethyl sulfate Chemical compound CCOS([O-])(=O)=O.CCN1C=C[N+](C)=C1 VRFOKYHDLYBVAL-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000007787 long-term memory Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 235000001968 nicotinic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002572 peristaltic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000006403 short-term memory Effects 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
- B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
- B25J9/00—Programme-controlled manipulators
- B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Robotics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Actuator (AREA)
- Fluid-Pressure Circuits (AREA)
Abstract
本发明公开了一种驱动感知一体化的软体执行器，其特征在于，包括：弹性壳体、形成于所述弹性壳体内的一轴向的流体通道以及分别设于所述流体通道两端口处的光源和光电探测器；其中，所述流体通道与所述软体执行器的液压源接通，通过控制液压源将折射率大于弹性壳体折射率的液体填充进所述流体通道，形成光波导通道；所述光源发出的光经由所述光波导通道传播至所述光电探测器。
Description
技术领域
本发明涉及软体机器人技术领域，尤其涉及一种基于光波导技术的驱动感知一体化的软体执行器。
背景技术
软体执行器作为一个执行器，通常被用来驱动软体机器人，例如驱动软体机械臂伸长运动、驱动软体爬虫机器人蠕动等。由于新制造技术和仿生学的发展，软体执行器研究正在如火如荼发展着。软体结构能为复杂、非结构化环境下的机器人和人类安全互动提供良好的解决方案，并已在机械臂、抓手、移动机器人和外骨骼/康复等领域表现出广阔的应用前景。随着软体机器人建模、控制技术不断发展，以及向实际应用的转化，对软体执行器软体本体的精确感知与控制的需求开始日益突出。对软体执行器软体本体的感知，可以称为自感知，不同功能的软体执行器，其自感知的变量通常不同，比如具有弯曲功能的软体执行器则感知曲率、偏转角等，对于伸长执行器则感知长度。
软体执行器的自感知是重大的挑战之一。刚性机器人可以通过附加的编码器等刚性传感器精确地测量运动量。而软体执行器，将传统的传感器嵌入软体会严重影响软体的运动性能，有悖于软体执行器对柔顺性的追求。而固定运动捕捉系统、外部磁跟踪等固定监测系统虽然在实验室用于软体执行器的反馈控制表现良好，但是限制了软体执行器的实际应用范围。软体执行器集成传感器的一个方法是将商用弯曲传感器嵌入到组件中。然而，因为这些传感器设计不是为适应柔顺性结构设计的，会失去部分柔顺性。近些年，人们根据需要制造柔性可伸缩传感器，例如基于炭黑颗粒、石墨烯、液态金属和银纳米线的柔性可伸缩应变传感器。特别是碳纳米管、水凝胶、液态金属和光学传感已被用于软体执行器的曲率传感。然而，这些柔性可伸缩传感器大多存在设计制造复杂、加工繁琐，不适合大规模生产等问题，并且嵌入式传感器容易影响软体执行器的性能，并使整个系统变得复杂，不是完全柔软。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提出一种驱动感知一体化的软体执行器，以解决现有的柔性可伸缩传感器存在的制造过程复杂繁琐且嵌入软体执行器后仍会影响执行器柔软性能的问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种驱动感知一体化的软体执行器，包括：弹性壳体、形成于所述弹性壳体内的一轴向的流体通道以及分别设于所述流体通道两端口处的光源和光电探测器；其中，所述流体通道与所述软体执行器的液压源接通，通过控制液压源将折射率大于弹性壳体折射率的液体填充进所述流体通道，形成光波导通道；所述光源发出的光经由所述光波导通道传播至所述光电探测器。
进一步地，所述弹性壳体为非透明材质。
进一步地，所述弹性壳体与所述流体通道同轴。
进一步地，还包括：设于所述弹性壳体外周的非弹性约束层，用于限制所述弹性壳体沿横向膨胀。
进一步地，所述光源为LED灯，所述光电探测器为相应的光电二极管。
进一步地，通过一软管将所述液压源接通至所述流体通道。
进一步地，所述弹性壳体的材质为硅树脂，所述液体为1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、亚麻籽油、柠檬油或蓖麻油。
进一步地，当所述液体进入所述流体通道时，所述软体执行器在所述液体的液压压力作用下发生轴向伸长形变；当所述液体从所述流体通道出来时，所述软体执行器发生轴向缩短形变；在所述软体执行器的轴向长度变化的过程中，所述流体通道的长度也同步变化，所述光波导通道内传播的光信号强弱也随之发生变化，致使所述光电探测器输出电信号发生变化，根据所述光电探测器输出电信号的变化情况，获知所述软体执行器长度变化信息。
进一步地，所述软体执行器的轴向长度变化量相对于初始轴向长度的比值记为应变率，光电探测器输出电信号变化量相对于初始时的电信号比值记为信号变化率；当所述应变率增加，则所述信号变化率增加；当所述应变率降低，则所述信号变化率降低，将两者变化关系近似成线性关系，以实现根据所述光电探测器输出电信号的变化情况，获知所述软体执行器长度变化信息。
进一步地，当所述弹性壳体受外力作用发生形变时，所述流体通道的形状发生改变致使所述光波导通道内传播的光信号强弱发生异常变化；所述异常变化是相对于所述液体的流入/流出致使软体执行器及流体通道轴向伸长/缩短时，所述应变率与所述信号变化率之间存在线性关系而言；根据所述信号变化率与所述应变率的比值的变化判断是否存在外力作用，以及外力大小。
本发明技术方案的有益效果在于：本发明可以实现软体执行器的驱动感知一体化设计，液压流体同时提供驱动和光信号传输功能，这种集成化设计简化了柔性传感器的设计制造，弱化了对软体执行器本身性能的干扰，并且内部集成也显著提高了软体执行器的环境适应能力和可靠性，感知精度能够得到保证。此外，本发明除了感知自身长度变化外，还可以感知外界环境，可以检测是否与外界存在接触，以及接触力大小。单个软体执行器可以实现伸长运动，将多个软体执行器组合形成新的软体执行器，如图3所示，可以实现弯曲、伸长等更多样的运动状态，同时具备自感知功能。即通过软体执行器的不同组合方式可以构造具备复杂运动功能的感知驱动一体化软体机器人，用途广阔，并且制造过程简单，成本低廉，易于安装生产。
附图说明
图1为本发明实施例的软体执行器结构示意图；
图2为本发明实施例的软体执行器受到外力作用时的形变示意图；
图3为将本发明实施例的多个软体执行器组合在一起的示意图；
图4为本发明实施例感知软体执行器应变与外力的神经网络示意图。
具体实施方式
为使本发明技术方案更加清楚、详细以达到本领域技术人员可据以实施的程度，下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于光波导技术的驱动感知一体化的软体执行器，该软体执行器包括弹性壳体1、形成于弹性壳体1内部的一沿轴向延伸的流体通道2以及分别设于流体通道2两端口处的光源3和光电探测器4。其中，流体通道2与所述软体执行器的液压源接通，通过控制液压源将折射率大于弹性壳体折射率的液体5填充进流体通道2，形成光波导通道；光源3发出的光经由所述光波导通道传播至光电探测器4。为了减少加压时流体通道2的横向膨胀和轴向伸长之间的耦合导致感知的长度变化量的精度降低，软体执行器的弹性壳体1的外周缠绕不具备弹性的纤维约束层，用以约束限制弹性壳体的横向膨胀，同时强化轴向伸长变形能力。由于软体执行器利用自身的伸长变形来驱动软体机器人，所以伸长能力越好，驱动性能越好，通过没有弹性的约束层约束横向膨胀，可以使得使用该软体执行器的软体机器人具备更强运动能力。
如图1所示，在一些实施例中，纤维约束层6采用编织绳缠绕在弹性壳体1的外部而形成，编织绳直径0.5mm，该层厚度约1mm厚，太厚会影响软体执行器驱动性能；编织绳缠绕形状如图1所示，绳索与软体执行器径向的夹角应在28°～36°范围内，以确保实现约束横向膨胀的同时强化轴向伸长。应当理解的是，也可以采用其它材料来做成约束层，只要能起到约束弹性壳体横向膨胀作用且又不影响轴向(或称纵向)伸长/缩短形变即可。
在一些实施例中，采用硅树脂作为弹性壳体1的材料，在3D打印模具中铸造内部具有轴向流体通道的硅树脂弹性壳体，如图1所示，弹性壳体例如是圆柱体形状，内部的流体通道也是圆柱体状空腔，并且流体通道与弹性壳体同轴。为了满足光波导传播，要求流体通道2内液体的折射率要大于弹性壳体1的折射率。因此在该实施例中，经过比较多种液体的光折射率和衰减程度、流体粘度等，择优选取RTIL(1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulfate,AlfaAesar)作为填充液体，其中文名称为1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯。填充液体的折射率要大于硅树脂这一固体折射率，且不与其相互作用，符合要求的液体种类不多，除了上述RTIL之外，还可以利用亚麻籽油、柠檬油或蓖麻油等作为填充液体。最后，弹性壳体1应当不透光，比如可以在外部涂沫一层黑色非透明硅树脂层，以防止环境光的光干扰。应当理解的是，液体折射率取决于选择的硅树脂弹性体外壳，由于不同硅树脂材料折射率因材料配比而有所区别，但区别不大，本发明实施例中，基本上选择折射率大于1.45的不与硅树脂发生化学作用的液体皆可满足条件。液体的衰减程度需要根据光电探测器输出电信号的强弱来间接判断：相同光照条件下，液体对光信号衰减越强，光电探测器输出电信号的电压值越低，为了保证输出电压变化范围较大，辨识度较好，需要选择对光信号衰减弱的液体。液体的粘度主要考虑软体执行器的驱动速度，粘度大，则液体流动阻力大，一方面增加液压源的加压负担，另一方面液体流动慢，执行器形变速度慢。因此，液体的粘度根据应用需求决定。但液体的折射率必须满足大于弹性壳体的折射率。
在一些实施例中，通过一软管7将软体执行器的液压源接入流体通道2，光电探测器一端接入液压源连通软管。光源和光电二极管例如是一对相互匹配使用的LED灯和光电二极管，比如LED灯(GaAIAs Infrared Emitter 880nm,OSRAM)和光电二极管(ST-3811,AUK)。如图1所示，LED灯和光电二极管分别封装在流体通道2的两端，LED灯发射某种波长的光波，经由充满液体5的流体通道(光波导通道)传播至另一端被光电二极管接收，光电二极管将光信号转换为电信号(电压)输出。
光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。基于上述原理，本发明实施例选用折射率大于硅树脂弹性壳体的RTIL液体作为光波导芯层，光源发出的光信号通过光波导芯层，也即填充了上述液体的流体通道传播。控制液压源将填充液体输入或输出流体通道，在液压压力作用下，硅树脂弹性壳体发生轴向伸长(液体流入时伸长)或缩短(流出时缩短)形变，导致流体通道长度发生变化(液压驱动致使弹性壳体长度变化，从而流体通道长度也随之同步变化)，在流体通道内传播的光信号强弱也随之发生变化。软体执行器伸长量相对于其初始长度的比值记为应变率，光电二极管输出电信号变化量相对于初始时的电信号比值记为信号变化率，当应变率增加，则信号变化率增加；反之，当应变率降低，则信号变化率也降低，两者变化关系近似成线性关系。我们通过数模转化模块记录光电二极管输出电信号变化情况，即可感知软体执行器长度变化信息(软体执行器初始长度制造时已知，光电二极管的初始信号可以取为液体充满流体通道但流体通道内液压为0，即软体执行器长度未变化时的光电信号输出值)。
此外，如图2所示，当外力作用在硅树脂弹性壳体1上会引起弹性壳体形变，进而改变流体通道2的形状(被压扁，局部变窄)，并且流体通道形变程度与外部作用力大小相关，这些变化导致在流体通道内传播的光信号强弱也随之发生变化。具体而言，弹性壳体被挤压形变越大，则流体通道被挤压形变也越大，光波导通道局部变窄，则传播到光电二极管处的光信号强度减弱，其输出的电信号产生相应变化。外力作用的挤压形变导致的传输到光电二极管处的光信号强度变化，光电二极管输出电信号的信号变化率与外力大小存在迟滞的非线性关系，可通过神经网络训练数据拟合该非线性关系。于是，通过检测光电二极管输出电信号的异常变化可以检测软体执行器是否受到外力作用。所谓异常变化是相对于液体流入/流出致使软体执行器及流体通道轴向伸长/缩短时，所述应变率与所述信号变化率之间存在线性关系而言(正常伸长/缩短情况下，软体执行器应变率与信号变化率近似为线性关系，而外力作用时，两者背离线性关系，可以判断存在异常变化，判断存在外力作用。然后利用神经网络拟合外力作用下的非线性关系模型，以及正常情况下的线性关系模型，即可判定外力作用大小。具体而言，当应变率和信号变化率不再呈现线性关系，也即两者比值梯度变化，判断存在外力作用，且外力作用的大小可以这样计算：利用训练神经网络得到的正常情况下应变率和信号变化率的线性关系式以及异常变化情况下应变率与信号变化率的非线性关系模型，先计算梯度发生变化前一时刻下软体执行器的应变率、信号变化率，然后根据计算到的应变率、信号变化率数值判断是否存在外力作用，若存在则将包含该时刻的信号变化率序列输入训练好的估计外力作用大小的神经网络，即可计算出外力作用大小。
正常工作情况下的伸长/缩短，信号变化率在一个小范围内变化，此情况下信号变化率与应变率近似满足线性关系，则两者的比值，即信号变化率与应变率的梯度值在一个小范围内变化；应变率对应的信号变化率存在迟滞现象，但是迟滞较弱。外力作用的情况下，信号变化率超出正常情况下的信号变化率变化范围，约是正常情况下变化范围的5倍左右，信号变化率与应变率的梯度值变化大，超出正常情况下的梯度变化范围，并且应变率与信号变化率之间的迟滞现象较大。
根据上述特点，采用LSTM神经网络建立描述两种情况下的时序迟滞关系式。LSTM是一种特殊的RNN，是一种具有长短期记忆能力的网络，可以很好地拟合该迟滞模型。如图4所示，构建两个LSTM网络，LSTM网络1用于获取正常情况下信号变化率到应变率的映射关系，LSTM网络2用于获取外力作用情况下的信号变化率与外力大小的映射关系。LSTM网络i(i＝1、2)包括3层级，每层级由t个LSTM单元组成，网络输入信号为变化率序列[x1,x2,x3…xt]，此处t取值为40。网络输出信息通过dropout和全连接得到预测值。
对图4框图解释如下：外力作用(异常情况)下，信号变化率的数值变化是正常伸长/缩短产生的信号变化率的几倍；正常情况下辨识有无外力作用，通过分辨信号变化率有无突变和信号变化率与应变率比值有无超出正常梯度阈值，若信号变化率突然变大超出正常工作时的信号变化率范围，并且信号变化率与应变率的比值也超出正常工作时比值的波动范围，则可判断存在外力作用，信号变化率序列进入LSTM网络2得出作用力大小。外力作用情况下判断外力作用消失是通过LSTM网络2的作用力估计值以及信号变化率来判断：若LSTM网络2输出的作用力估计值小于力感知阈值，并且信号变化率回归正常工作时的信号变化率范围，则认为外力作用消失，即可回归LSTM网络1。
综上所述，本发明可以实现软体执行器的驱动感知一体化设计，液压流体同时提供驱动和光信号传输功能，这种集成化设计简化了柔性传感器的设计制造，弱化了对软体执行器本身性能的干扰，并且内部集成也显著提高了软体执行器的环境适应能力和可靠性，感知精度能够得到保证。本发明除了感知自身长度变化外，还可以感知外界环境，可以检测是否与外界存在接触，以及接触力大小。单个软体执行器可以实现伸长运动，将多个软体执行器组合形成新的软体执行器，如图3所示，可以实现弯曲、伸长等更多样的运动状态，同时具备自感知功能。即通过软体执行器的不同组合方式可以构造具备复杂运动功能的感知驱动一体化软体机器人，用途广阔，并且制造过程简单，成本低廉，易于安装生产。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种驱动感知一体化的软体执行器，其特征在于，包括：弹性壳体、形成于所述弹性壳体内的一轴向的流体通道以及分别设于所述流体通道两端口处的光源和光电探测器；其中，所述流体通道与所述软体执行器的液压源接通，通过控制液压源将折射率大于弹性壳体折射率的液体填充进所述流体通道，形成光波导通道；所述光源发出的光经由所述光波导通道传播至所述光电探测器；
当所述液体进入所述流体通道时，所述软体执行器在所述液体的液压压力作用下发生轴向伸长形变；当所述液体从所述流体通道出来时，所述软体执行器发生轴向缩短形变；
在所述软体执行器的轴向长度变化的过程中，所述流体通道的长度也同步变化，所述光波导通道内传播的光信号强弱也随之发生变化，致使所述光电探测器输出电信号发生变化，根据所述光电探测器输出电信号的变化情况，获知所述软体执行器长度变化信息。
2.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于：所述弹性壳体为非透明材质。
3.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于：所述弹性壳体与所述流体通道同轴。
4.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于，还包括：设于所述弹性壳体外周的非弹性约束层，用于限制所述弹性壳体沿横向膨胀。
5.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于：所述光源为LED灯，所述光电探测器为相应的光电二极管。
6.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于：通过一软管将所述液压源接通至所述流体通道。
7.如权利要求1所述的软体执行器，其特征在于：所述弹性壳体的材质为硅树脂，所述液体为1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯、亚麻籽油、柠檬油或蓖麻油。
8.如权利要求7所述的软体执行器，其特征在于：所述软体执行器的轴向长度变化量相对于初始轴向长度的比值记为应变率，光电探测器输出电信号变化量相对于初始时的电信号比值记为信号变化率；当所述应变率增加，则所述信号变化率增加；当所述应变率降低，则所述信号变化率降低，将两者变化关系近似成线性关系，以实现根据所述光电探测器输出电信号的变化情况，获知所述软体执行器长度变化信息。
9.如权利要求8所述的软体执行器，其特征在于：当所述弹性壳体受外力作用发生形变时，所述流体通道的形状发生改变致使所述光波导通道内传播的光信号强弱发生异常变化；所述异常变化是相对于所述液体的流入/流出致使软体执行器及流体通道轴向伸长/缩短时，所述应变率与所述信号变化率之间存在线性关系而言；根据所述信号变化率与所述应变率的比值的变化判断是否存在外力作用，以及外力大小。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210574225.2A CN114800472B (zh) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210574225.2A CN114800472B (zh) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114800472A CN114800472A (zh) | 2022-07-29 |
| CN114800472B true CN114800472B (zh) | 2023-08-04 |
Family
ID=82517932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210574225.2A Active CN114800472B (zh) | 2022-05-24 | 2022-05-24 | 一种驱动感知一体化的软体执行器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114800472B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117921704B (zh) * | 2024-03-11 | 2024-06-21 | 广州蔚来灯光科技有限公司 | 一种智能舞台背景控制机器人 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200825387A (en) * | 2006-10-05 | 2008-06-16 | Harris Corp | Fiber optic device for measuring a parameter of interest |
| CN206974565U (zh) * | 2017-05-03 | 2018-02-06 | 中国计量大学 | 一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器 |
| CN110270987A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 清华大学深圳研究生院 | 气驱动软体爬行机器人及其制造和控制方法 |
| CN111505764A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-08-07 | 清华大学 | 阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用 |
| CN113427500A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-24 | 上海大学 | 一种软体机器人形触多模态自供能柔性感知系统 |
| WO2021253420A1 (zh) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | 华为技术有限公司 | 一种触觉传感设备、电子设备、耳机以及手表 |
-
2022
- 2022-05-24 CN CN202210574225.2A patent/CN114800472B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200825387A (en) * | 2006-10-05 | 2008-06-16 | Harris Corp | Fiber optic device for measuring a parameter of interest |
| CN206974565U (zh) * | 2017-05-03 | 2018-02-06 | 中国计量大学 | 一种基于选择填充光子晶体光纤的温度与应力同时测量的双参数传感器 |
| CN110270987A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-09-24 | 清华大学深圳研究生院 | 气驱动软体爬行机器人及其制造和控制方法 |
| CN111505764A (zh) * | 2020-06-17 | 2020-08-07 | 清华大学 | 阵列化光波导柔性触觉传感器及其制备方法和应用 |
| WO2021253420A1 (zh) * | 2020-06-19 | 2021-12-23 | 华为技术有限公司 | 一种触觉传感设备、电子设备、耳机以及手表 |
| CN113427500A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-24 | 上海大学 | 一种软体机器人形触多模态自供能柔性感知系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114800472A (zh) | 2022-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN114800472B (zh) | 一种驱动感知一体化的软体执行器 | |
| Leal-Junior et al. | Diaphragm-embedded optical fiber sensors: A review and tutorial | |
| JP3433235B2 (ja) | 光変位センサ | |
| CA2830281A1 (en) | Multi-point pressure sensor and uses thereof | |
| CN112229549B (zh) | 一种智能光纤触觉发声系统及方法 | |
| Tiziani et al. | Optical sensor-embedded pneumatic artificial muscle for position and force estimation | |
| US20170350774A1 (en) | Direct light bend sensor | |
| CN114486016B (zh) | 一种基于液囊结构的微纳光纤触觉传感器 | |
| Ghaffar et al. | A simple and cost-effective optical fiber angle measurement sensor using polymer optical fiber based on the TMBC | |
| WO2021253420A1 (zh) | 一种触觉传感设备、电子设备、耳机以及手表 | |
| CN110101390B (zh) | 关节双向弯曲测量装置 | |
| CN114486020A (zh) | 一种基于光波导的柔性表面压力传感器 | |
| Godaba et al. | A bending sensor insensitive to pressure: soft proprioception based on abraded optical fibres | |
| CN201707036U (zh) | 差动式光纤光栅应变传感器 | |
| CN111103050A (zh) | 基于聚合物的光纤光栅振动传感器 | |
| EP2273131B1 (en) | Displacement transducer | |
| CN113910270B (zh) | 一种软体关节弯曲角度传感器及刚柔混合手感知测量方法 | |
| Lee et al. | A mini review of recent advances in optical pressure sensor | |
| Leal-Junior et al. | The impact of assembly configuration on diaphragm-embedded fiber Bragg gratings pressure sensors | |
| CN201074513Y (zh) | 压力传感器 | |
| CN201600201U (zh) | 一种光纤光栅压力传感器 | |
| CN204855020U (zh) | 一种响应速度快的高灵敏度光纤光栅温度传感器 | |
| CN114406999A (zh) | 一种绳驱同轴人工肌肉执行器及其控制方法 | |
| CN1308660C (zh) | 光纤称重系统 | |
| KR102542123B1 (ko) | 복합 강성 센서 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |