本發(fā)明屬于智能監(jiān)測與控制，具體涉及一種滾珠式fbg觸覺傳感器。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今快速發(fā)展的智能化時(shí)代，觸覺傳感器作為人機(jī)交互、機(jī)器人感知以及智能設(shè)備控制中的關(guān)鍵元件，正日益展現(xiàn)出其不可替代的重要性。觸覺傳感器能夠模擬并超越人類皮膚的感知功能，實(shí)現(xiàn)對物體紋理、形狀、質(zhì)地等信息的精確捕捉與識別，為機(jī)器智能提供了更為豐富和細(xì)膩的感知維度，如何開發(fā)精度高、體積小以及魯棒性強(qiáng)的觸覺傳感器是當(dāng)前觸覺感知技術(shù)研究的重點(diǎn)。

2、目前，研究人員利用不同原理開發(fā)了面向紋理識別的多種觸覺傳感器，主要包括壓阻式、電容式、壓電式。然而，基于傳統(tǒng)電磁理論開發(fā)的傳感器普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易受到電磁干擾、遲滯性高等問題，近年來考慮到光纖傳感器具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)勢，一些研究者開發(fā)了光纖式觸覺傳感器，尤其是基于fbg開發(fā)的光纖式觸覺傳感器。光纖布拉格光柵(fiber?bragg?grating，fbg)傳感器不僅具有光波導(dǎo)式傳感器的一般優(yōu)點(diǎn)外，還具有結(jié)構(gòu)小、質(zhì)量輕、靈敏度高、耐腐蝕及不受電磁干擾等優(yōu)勢，相對柔軟、易于植入、適合節(jié)點(diǎn)型準(zhǔn)分布式傳感。光纖光柵傳感器中心波長受作用力影響，數(shù)值發(fā)生改變，可以分析得到應(yīng)變與中心波長之間的關(guān)系。

3、雖然基于fbg開發(fā)的光纖式觸覺傳感器具有靈敏度高、抗電磁干擾等優(yōu)勢，但對于一些復(fù)雜的觸覺感知如紋理識別，目前的光纖觸覺傳感器存在一些缺陷。當(dāng)前光纖式傳感器主要是面向物體形狀和表面粗糙度識別，較少提出用于紋理識別的光纖觸覺傳感器，這是因?yàn)楣饫w式觸覺傳感器應(yīng)用在紋理識別上需要考慮接觸時(shí)的摩擦力對紋理信號的影響，不同材質(zhì)的物體有不同的摩擦力，同一種物體也會(huì)因溫度、濕度等條件差異產(chǎn)生不同的摩擦力，這就造成紋理識別更具有挑戰(zhàn)性。同時(shí)，小型化也是光纖觸覺傳感器應(yīng)該考慮的重要因素，以便能夠集成在智能機(jī)器人指尖中實(shí)現(xiàn)智能化感知。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種滾珠式fbg觸覺傳感器，具有體積小、靈敏度高和抗電磁干擾的特性，可以滿足智能觸覺感知的場合。采用滾動(dòng)的感知方式，有效降低摩擦產(chǎn)生的熱量對fbg波長偏移的影響，同時(shí)也使得感知過程更加順滑。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種滾珠式fbg觸覺傳感器，包括fbg、柔性材料塊、滾珠和滾珠容器，所述fbg封裝在所述柔性材料塊的內(nèi)部，所述滾珠放置在所述滾珠容器內(nèi)，所述滾珠容器頂部固定在柔性材料塊表面，且覆蓋所述fbg的柵區(qū)，所述滾珠在物體表面滾動(dòng)感知信息，并通過所述fbg的中心波長輸出物體表面信息。

4、進(jìn)一步的，所述fbg在柔性材料塊中的封裝深度為所述柔性材料塊厚度的一半。

5、進(jìn)一步的，所述內(nèi)殼外表面有對稱分布的8條凹槽，組裝時(shí)先將滾珠放入外殼中，再扣上內(nèi)殼，通過內(nèi)殼外表面的凹槽注入固定劑使得內(nèi)外殼粘連在一起。

6、進(jìn)一步的，所述柔性材料塊通過在模具中澆筑聚二甲基硅氧烷液體固化后形成。

7、進(jìn)一步的，通過fbg中心波長偏移量的大小和發(fā)生偏移的時(shí)間點(diǎn)來映射不同物體表面特征。

8、進(jìn)一步的，fbg中心波長偏移量的大小由滾珠擠壓柔性材料塊造成的形變程度決定，物體表面紋理特征起伏越大，滾珠的起伏同樣越大，進(jìn)而fbg中心波長偏移量越大。

9、進(jìn)一步的，根據(jù)fbg中心波長波動(dòng)的幅度來區(qū)分不同紋理。

10、本發(fā)明的有益效果：

11、1、本發(fā)明采用光纖布拉格光柵(fbg)作為傳感元件，具有抗電磁干擾、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)

12、2、本發(fā)明設(shè)計(jì)了滾珠和滾珠容器裝置，采用滾動(dòng)的方式獲取觸覺信息，與現(xiàn)有公開技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：降低觸覺感知過程中的摩擦力，使感知過程更加順滑；避免觸覺感知過程中fbg熱偏移現(xiàn)象的發(fā)生；體積小，易于集成在類人機(jī)器人手指中；fbg并不直接參與觸覺感知，降低了傳感元件損耗有更長的使用壽命。

技術(shù)特征：

1.一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，包括fbg、柔性材料塊、滾珠和滾珠容器，所述fbg封裝在所述柔性材料塊的內(nèi)部，所述滾珠放置在所述滾珠容器內(nèi)，所述滾珠容器頂部固定在柔性材料塊表面，且覆蓋所述fbg的柵區(qū)，所述滾珠在物體表面滾動(dòng)感知信息，并通過所述fbg的中心波長輸出物體表面信息。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，所述fbg在柔性材料塊中的封裝深度為所述柔性材料塊厚度的一半。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，所述內(nèi)殼外表面有對稱分布的8條凹槽，組裝時(shí)先將滾珠放入外殼中，再扣上內(nèi)殼，通過內(nèi)殼外表面的凹槽注入固定劑使得內(nèi)外殼粘連在一起。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，所述柔性材料塊通過在模具中澆筑聚二甲基硅氧烷液體固化后形成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，通過fbg中心波長偏移量的大小和發(fā)生偏移的時(shí)間點(diǎn)來映射不同物體表面特征。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，fbg中心波長偏移量的大小由滾珠擠壓柔性材料塊造成的形變程度決定，物體表面紋理特征起伏越大，滾珠的起伏同樣越大，進(jìn)而fbg中心波長偏移量越大。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種滾珠式fbg觸覺傳感器，其特征在于，根據(jù)fbg中心波長波動(dòng)的幅度來區(qū)分不同紋理。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種滾珠式FBG觸覺傳感器，屬于智能監(jiān)測與控制技術(shù)領(lǐng)域，該觸覺傳感器具有FBG、柔性材料塊、滾珠和滾珠容器，所述FBG封裝在所述柔性材料塊的內(nèi)部，封裝深度為所述柔性材料塊厚度的一半，所述滾珠放置在所述滾珠容器內(nèi)，所述滾珠容器分為內(nèi)殼和外殼，內(nèi)殼具有兩種直徑的空心部分，分別略大于和略小于所述滾珠直徑，以使所述滾珠自由滾動(dòng)且不脫落，外殼為內(nèi)部部分空心的圓柱體，所述滾珠容器底部固定在柔性材料塊表面，且應(yīng)覆蓋所述FBG的柵區(qū)。本發(fā)明具有體積小、靈敏度高、抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，可用于智能機(jī)器人指尖的觸覺感知。

技術(shù)研發(fā)人員：王彥,胡勇,姚鳳麒,汪晨
受保護(hù)的技術(shù)使用者：安徽工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6