基于光纤光栅的机械手指触滑觉传感研究.pdf

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1、基于光纤光栅的机械手指触滑觉传感研究钱牧云，余有龙，李慧，孙诗惠，郑艳(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009)摘要：针对机械手指柔性触滑觉传感问题，提出了一种基于光纤光栅的二维分布式传感阵列的触滑觉传感方法，该方法采用两根平行放置和一根倾斜放置的光纤光栅传感器组成传感单元，利用弹性材料封装增强光纤光栅对压力的灵敏度，并以单元阵列的方式实现对触觉三维力、滑动方向以及滑移位置的感知。仿真和实验结果表明，该方法可以很好地实现对触觉正向压力和剪切力的传感，其中正向压力在0—3．6919×103Pa的范围内灵敏度为K=0．194pm／Pa，戈正向剪切力在o～1．115×10’Pa的范围

2、内灵敏度为K。=o．03pn∥Pa。通过对传感阵列中不同光栅中心波长漂移的上升沿和峰值时间差实现对物体戈轴的滑移方向的判断。该方法可以很好地实现对机械手指触滑觉信息的测量，具有一定的应用价值。关键词：光纤光栅；机械手指；触觉；滑觉；二维分布式传感阵列中图分类号：TN247TH741文献标识码：A国家标准学科分类代码：460．4035Researchontactileandslidingsensingofthemecl地Ilicalfingerbasedonthe6berBragggratingQianMuyun，YuYoulong，LiHui，SunShihui，ZhengYan(sc如D

3、￡旷沁￡m凇mscie唧口玮矗印tD—e如c￡ron洒秭舀船e矗增，嫩i渤泐rs如)，矽孔c矗∞fo彰，鼯i230DD9，C^i耽)Abstmct：Tos01vethepmblemoftactileandslidingsensingofmechaIlicalnexiblefingers，anoveltactileandslidingsensingmethodisdemonstratedbasedon2DfiberBI’aggan‘ays．Thesensingunitcontainstwoparallelandonetiltedopticalfiber黟ating，whichsenses3D

4、touchingforce，slidingdirectionandslidinglocationwithsensorunitarrays，andthestresssensitivityofencapsulatedelaLsticmaterialisenhanced．SimulationandexperimentalresultsshowthatthismethodcaIlsenselhepressureandshearingforce，includingthatK：=0．194pⅡ∥Pa，withthepressureintheIangeof0～3．6919×103PaandKm=0．03

5、pⅡ∥Pa，ortheshearingforceintherangeof0～1．115×105Pa．Wecanalsoreceivetheslidingdirectionofthexaxisbycompadngtherisingtimeandpeaktimeindifferentfiber铲atingofthesensorunitaⅡays．Moreover，thismethodcanwellrealizethemeasurementoftactileandslidingsensingofmechanicalnexiblefingers，whichcouldfindsomeappIieat

6、ions。Keywords：6berBmgggmting；mechanical6nger；tactilesensing；s“dingsensing；2Ddist五butedsensora盯ay1引言机械手指的触觉信息主要包括抓取对象的大小、分布、轻重、温度以及滑脱的状况⋯。为了使得机械手指具有和人类皮肤类似的感知能力，其柔性触觉、滑觉传感系统需要具备以下特点：高精度、高分辨率、高响应速度、能连续测量大面积触觉信息且能感受到抓取物体是否滑动收稿日期：2015旬7ReceivedDate：2015．07及滑移距离的信息。目前国内外对机器人触觉传感已实现了集成化、微型化和智能化，就其工作原理来说

7、大致分为压电式‘引、压阻式‘34]、电容式‘引、光波导‘6剐式及磁敏式旧。等。作为仅测量法向力的触觉传感器，国内外已经有了较多的研究，但由于多维柔性触觉传感与多维力信息检测的兼容技术具有一定的难度，至今提出的方案还极少。日本名古屋大学的OhkaM等人”刨开发了一种由光源、橡胶敏感单元阵列和cCD相机构成的基于光波导第4期钱牧云等：基于光纤光栅的机械手指触滑觉传感研究731原理的光学三向力触觉传感器；韩国延世大学的Huan