專利名稱：柔性光纖陣列觸覺傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能機(jī)器人光電技術(shù)領(lǐng)域的一種傳感器。
從目前的資料看，觸覺傳感器還沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破，正處于新原理、新結(jié)構(gòu)的探索中。近些年出現(xiàn)了一些商品化的觸覺傳感器，如美國(guó)Lord公司的LTS100系列的觸覺傳感器;TS402，TS403觸覺傳感器，英國(guó)Bany Wright公司的Sensor flex觸覺傳感器等。還有一些正在處于研制階段的觸覺傳感器，基本原理是靠全內(nèi)反射或光電陣列等。這些傳感器都具有一定的硬度，并且難以實(shí)現(xiàn)類似人皮膚一樣薄。如何實(shí)現(xiàn)類似人類皮膚一樣功能的傳感器應(yīng)用于機(jī)器人是人們攻克的一個(gè)技術(shù)難題。
觸覺傳感器是智能機(jī)器人的一個(gè)重要組成部分，隨著自動(dòng)化生產(chǎn)越來(lái)越高的要求，相應(yīng)地要求傳感器也要有類似人的手指一樣的功能。不僅要求傳感器有高度的靈活性，而且還要有多功能性，因?yàn)闄C(jī)器人的抓手在抓握物體時(shí)需要進(jìn)行定向、形狀、性質(zhì)等判斷。為了實(shí)現(xiàn)這些判斷，就要求在抓手上應(yīng)用高性能觸覺傳感器，實(shí)際上就是需要類似人手指皮膚一樣功能的傳感器。柔性光纖陣列觸覺傳感器就是為了實(shí)現(xiàn)上述目的而發(fā)明的一種新型傳感器。
新發(fā)明的這種觸覺傳感器是基于光纖微彎效應(yīng)和正交光纖偶合的原理，它是由兩層并列光纖正交放置(如

圖1)，接觸物體的一層是柔性光纖，下面一層光纖具有一定的硬度，比上一層硬度要大，最下面是具有一定柔性的橡膠基座。
當(dāng)物體作用在上層柔性光纖時(shí)，由于下層光纖具有一定的硬度，并且與上層正交放置，這樣就使上層柔性光纖發(fā)生微彎變形(如圖2)。當(dāng)光從柔性光纖的兩端入射在光纖中傳播時(shí)，在柔性光纖的微彎處光的全反射條件被破壞，光將滲漏出來(lái)，傳到下層光纖中。未受力作用之處將不發(fā)生微彎效應(yīng)，沒(méi)有光滲漏到下層光纖中。再通過(guò)掃描，即當(dāng)光在柔性光纖層中第一根傳播時(shí)，用光電器件在下層光纖兩端接收一遍;當(dāng)光在柔性光纖層中第二根傳播時(shí)，光電器件在下層光纖的兩端接收第二遍，以此類推。這樣就可探測(cè)到哪一點(diǎn)受到壓力和受壓力的大小。再通過(guò)計(jì)算機(jī)處理即可獲得作用物體接觸面的形狀。其形狀的分辨力由柔性光纖直徑的大小決定，柔性光纖的直徑越小，分辨力就越高，識(shí)別圖象的效果也越好。
這種新發(fā)明的傳感器不僅實(shí)現(xiàn)了薄和柔的特性，而且還能夠達(dá)到很高的分辨力。在黑暗，視覺被遮擋等情況還能夠起到視覺很難完成的物體識(shí)別的任務(wù)。它在工作時(shí)具有不受周圍環(huán)境影響和抗電磁場(chǎng)干擾的特性，因此這種傳感器在許多領(lǐng)域中都有著重要的應(yīng)用。
制作這種觸覺傳感器所用的柔性光纖是橡膠光纖，柔性非常好，下層光纖可采用有機(jī)玻璃光纖或石英玻璃等光纖。上、下兩層光纖的直徑可以相同也可以不同。下層光纖直徑小于上層光纖直徑時(shí)所產(chǎn)生的微彎效果要好一些。上、下兩層光纖與橡膠基座用特殊膠粘在一起，使這三層形成一個(gè)牢固的整體，如圖1所示，即可實(shí)現(xiàn)這種觸覺傳感器。這種傳感器成本低廉，制作簡(jiǎn)單，易于實(shí)用化。
權(quán)利要求
1.一種用于智能機(jī)器人手指的光電技術(shù)領(lǐng)域的觸覺傳感器，包括柔性光纖層1；傳輸光纖層2；橡膠基座3。其主要特征在于柔性光纖層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1.所述，柔性光纖層的特征在于受壓將發(fā)生微彎效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述，發(fā)生微彎效應(yīng)的特性在于下層傳輸光纖層的正交放置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述，發(fā)生微彎效應(yīng)的特征在于光能夠滲漏到下層光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述，正交放置的傳輸光纖層的特征在于能夠傳輸柔性光纖層滲漏的光。
全文摘要
這種傳感器屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，主要用于智能機(jī)器人的抓手，起到觸摸物體表面形狀和紋理的作用。它是由一層柔性光纖與一層普通光纖正交組合制成(如圖)。這種傳感器主要基于光纖微彎效應(yīng)和光纖正交耦合的原理，它在工作時(shí)有不受周圍環(huán)境的影響，特別是能夠抗電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾。在自動(dòng)化生產(chǎn)、假肢技術(shù)及遙感技術(shù)等領(lǐng)域有廣泛的用途。新發(fā)明的這種傳感器不僅薄，而且還具有柔性。它能夠達(dá)到很高的分辨力，成本也很低，因此很容易實(shí)用化。
文檔編號(hào)G01B11/30GK1067503SQ91103610
公開日1992年12月30日 申請(qǐng)日期1991年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月5日
發(fā)明者李科杰, 石庚辰, 張秀蘭, 劉金剛, 賈云得, 王忠州 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)