CN116494294A - 一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，包括：分布式光纤光栅传感器阵列，包括多根布拉格光纤光栅，多根所述布拉格光纤光栅嵌入到软体机械臂内部，每根布拉格光纤光栅具有多个阵列的光栅；环形器，连接所述分布式光纤光栅传感器阵列；光纤光栅解调器，连接所述环形器；PC端主机，连接所述光纤光栅解调器；宽带光源，连接所述环形器。本发明使用分布式光纤光栅传感器阵列检测软体机械臂的弯曲曲率信息，对软体机械臂的运动影响小，抗拉伸性好，不受周围电磁环境的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别是涉及一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统。
背景技术
现代硬机器人需要很多精确的控制，虽然它们擅长重复的大规模生产功能，但它们很难与不确定的环境进行交互。软机器人技术与硬机器人相比具有更大优势。软机器人主要由可伸缩的柔性材料组成，如硅橡胶。与硬机器人中使用的金属相比，这些较软的材料具有较低的刚度，但这些较软的机器人为工作空间提供了更大的灵活性和适应性，创造了更安全的环境，尤其是在人机一体化工作空间中。
软体机器人机械臂弯曲变形的曲率通常采用电磁传感器采集，但是电磁传感器采集软体机械臂弯曲曲率信息时容易抵抗外部干扰。
发明内容
为了解决现有技术中电磁传感器采集软体机械臂弯曲曲率信息时容易抵抗外部干扰的技术问题，本发明的一个目的在于提供一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，所述采集系统包括：分布式光纤光栅传感器阵列，包括多根布拉格光纤光栅，多根所述布拉格光纤光栅嵌入到软体机械臂内部，每根布拉格光纤光栅具有多个阵列的光栅；
环形器，连接所述分布式光纤光栅传感器阵列；光纤光栅解调器，连接所述环形器；PC端主机，连接所述光纤光栅解调器；
宽带光源，连接所述环形器。
优选地，所述分布式光纤光栅传感器阵列，包括第一布拉格光纤光栅、第二布拉格光纤光栅、第三布拉格光纤光栅和第四布拉格光纤光栅；
所述软体机械臂内部开设中心通孔，以及围绕所述中心通孔间隔120°分布的第一通孔、第二通孔和第三通孔；
所述第一布拉格光纤光栅嵌入所述第一通孔、所述第二布拉格光纤光栅嵌入所述第二通孔、所述第三布拉格光纤光栅嵌入所述第三通孔、所述第四布拉格光纤光栅嵌入所述中心通孔。
本发明提供的一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，克服视觉测量系统对软体机械臂的空间限制，减少电磁传感器采集软体机械臂弯曲曲率信息时的外部干扰，利用光纤传感器灵活性、可忽略的滞后性和速度的优势，可以直观地跟踪软机器人软体机械臂的弯曲姿态变形，通过分布式光纤光栅传感器阵列嵌入到软体机械臂内部，利用软体机械臂弯曲姿态变形时，分布式光纤光栅传感器阵列的每根布拉格光纤光栅的光栅波长漂移，检测软体机械臂的弯曲曲率信息，从而重构软体机械臂弯曲姿态，具有更高的灵活性，不会减少软体机械臂本身的自由度，与电磁传感器相比，能够很好的抵抗外部干扰。
本发明提供的一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，使用分布式光纤光栅传感器阵列检测软体机械臂的弯曲曲率信息，对软体机械臂的运动影响小，抗拉伸性好，不受周围电磁环境的干扰。软体机械臂使用3D打印制备，成本低，3D磨具成型的重复性高，可定制程度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施方式，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示意性示出了本发明分布式光纤光栅传感器阵列嵌入到软体机械臂内部的结构示意图。
图2示出了本发明软体机械臂的截面示意图。
图3示出了本发明一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。
为了解决现有技术中电磁传感器采集软体机械臂弯曲曲率信息时容易抵抗外部干扰的技术问题，如图1所示本发明分布式光纤光栅传感器阵列嵌入到软体机械臂内部的结构示意图，图2所示本发明软体机械臂的截面示意图，图3所示本发明一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统的结构框图，根据本发明的实施例，提供一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，用于对软体机械臂100发生弯曲姿态变形时的完全曲率信息采集。
软体机械臂100为圆柱形软体机械臂，内部开设中心通孔104，以及围绕中心通孔104间隔120°分布的第一通孔101、第二通孔102和第三通孔103。软体机械臂100使用硅胶成型，硅胶磨具由3D打印制作，制造简单、快捷、可定制程度高。
一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，包括：分布式光纤光栅传感器阵列200，包括多根布拉格光纤光栅，多根布拉格光纤光栅嵌入到软体机械臂100内部，每根布拉格光纤光栅具有多个阵列的光栅。
具体地，分布式光纤光栅传感器阵列200，包括第一布拉格光纤光栅201、第二布拉格光纤光栅202、第三布拉格光纤光栅203和第四布拉格光纤光栅204。
第一布拉格光纤光栅201具有多个阵列的光栅，第二布拉格光纤光栅202具有多个阵列的光栅，第三布拉格光纤光栅203具有多个阵列的光栅，第四布拉格光纤光栅204具有多个阵列的光栅。
第一布拉格光纤光栅201嵌入第一通孔101、第二布拉格光纤光栅202嵌入第二通孔102、第三布拉格光纤光栅203嵌入第三通孔103、第四布拉格光纤光栅204嵌入中心通孔104。
根据本发明的实施例，一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统还包括，环形器300，连接分布式光纤光栅传感器阵列200。
光纤光栅解调器400，连接环形器。PC端主机500，连接光纤光栅解调器400。宽带光源600，连接环形器300。
宽带光源600发出的光，经环形器300进入分布式光纤光栅传感器阵列200，当软体机械臂100发生弯曲姿态变形时，第一布拉格光纤光栅201、第二布拉格光纤光栅202、第三布拉格光纤光栅203和第四布拉格光纤光栅204的多个光栅的反射波长发生漂移，发射光经环形器300进入光纤光栅解调器400。
光纤光栅解调器400解调第一布拉格光纤光栅201、第二布拉格光纤光栅202、第三布拉格光纤光栅203和第四布拉格光纤光栅204的多个光栅的反射波长漂移信息，并传输至PC端主机500，PC端主机500通过解调的第一布拉格光纤光栅201、第二布拉格光纤光栅202、第三布拉格光纤光栅203和第四布拉格光纤光栅204的多个光栅的反射波长漂移信息计算检测点的曲率信息，将离散的曲率信息点插值成光滑连续的曲率曲线，从而为重构软体机械臂100弯曲姿态提供足够的曲率信息。
在一个优选的实施例中，PC端主机500使用Yokogawa公司生产的光纤传感分析仪。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (2)
1.一种用于软体机械臂的曲率信息采集系统，其特征在于，所述采集系统包括：分布式光纤光栅传感器阵列，包括多根布拉格光纤光栅，多根所述布拉格光纤光栅嵌入到软体机械臂内部，每根布拉格光纤光栅具有多个阵列的光栅；
环形器，连接所述分布式光纤光栅传感器阵列；光纤光栅解调器，连接所述环形器；PC端主机，连接所述光纤光栅解调器；
宽带光源，连接所述环形器。
2.根据权利要求1所述的采集系统，其特征在于，所述分布式光纤光栅传感器阵列，包括第一布拉格光纤光栅、第二布拉格光纤光栅、第三布拉格光纤光栅和第四布拉格光纤光栅；
所述软体机械臂内部开设中心通孔，以及围绕所述中心通孔间隔120°分布的第一通孔、第二通孔和第三通孔；
所述第一布拉格光纤光栅嵌入所述第一通孔、所述第二布拉格光纤光栅嵌入所述第二通孔、所述第三布拉格光纤光栅嵌入所述第三通孔、所述第四布拉格光纤光栅嵌入所述中心通孔。
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