[发明专利]一种多元光纤布拉格光栅阵列式仿生触角在审

专利信息
申请号: 201711449520.0 申请日: 2017-12-27
公开(公告)号: CN108195307A 公开(公告)日: 2018-06-22
发明(设计)人: 李红;祝连庆;孙广开;娄小平;董明利;陈少华;宋言明 申请(专利权)人: 北京信息科技大学
主分类号: G01B11/24 分类号: G01B11/24
代理公司: 北京律恒立业知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 11416 代理人: 顾珊;庞立岩
地址: 100085 北京市海淀区清*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 触角 光纤布拉格光栅 光纤光开关 基材 光纤传感处理器 光纤连接器 卡扣接头 阵列式 触角结构 触觉感知 传感光纤 恶劣环境 仿生智能 上等间隔 串连接 正棱柱 能见度 卡扣 封装 机器人 应用
【说明书】:

发明提供一种多元光纤布拉格光栅阵列式仿生触角,所述仿生触角包括触角基材骨架、触角卡扣接头、光纤光开关、光纤传感处理器,其中所述触角基材骨架为圆柱体或正棱柱,所述触角基材骨架上等间隔封装多个光纤布拉格光栅阵列串;所述光纤布拉格光栅阵列串连接所述触角卡扣接头内的光纤光开关,所述光纤光开关通过光纤连接器、光纤连接器卡扣和传感光纤连接所述光纤传感处理器。本发明提供的仿生触角结构简单、易于安装,为仿生智能机器人在能见度低、恶劣环境中提供有效的触觉感知信息,能够在多种场合中应用。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域,特别涉及一种多元光纤布拉格光栅阵列式仿生触角。

背景技术

在自然界中,许多动物长期生活在黑暗环境中,视力比较弱,作为感官系统的补充,它们身体都生有一套精确感知能力的触须/触角体系,凭借这一触须/触角体系对周围信息进行感知,有效的避开有害的生物或区域。基于触须/触角的独特性,人们开始研制仿生触角并安装在机器人身上,并融合视觉、听觉等手段以增强机器人对环境的感知与识别能力。利用触角被动或主动地扫描与触碰物体,机器人能详细感知物体的形状与材质、检测狭小空间的尺寸与管道裂纹、探测并识别地形、实现特殊环境下的高精度自主导航(特别是能见度低、地形复杂的外星球导航与探测)。国外的工业生产中甚至运用人造触须检测精密机械加工中的零件毛刺。最早的仿生触须机器人,是美国的是美国的太空探险机器人Attila,它有一根长为25cm的触须,通过弯曲的触须可以判断前方是否有障碍物,但是它不能主动感知障碍物的距离和大小等信息。德国费斯托公司研制生产出一种水母机器人,它长着8根仿生触须,每根触须包含软硬适度的“主心骨”,骨外面连着柔性的表面,表面分成两个腔,压力可以分别调整,使整个触须向某个方向弯曲。通过触须传感器可以精确的知道水母当前所处的深度等信息。美国科学家研究的仿生机器龙虾,这种龙虾具有很高的灵活性,它长着能够感知障碍物的触须,它的内部安装有MEMS传感器。触须的底部固定在可以偏转的座架上,MEMS转换开关置于触角末梢,形成挠性电路,因而可以主动感知外界的环境信息。另外人工触觉传感技术在微创外科手术中的应用,并提出了利用柔性触觉传感器来探测身体复杂且柔软的器官和组织的接触信息。

现有技术中,存在采用MEMS技术,通过在柔性电路板上安装数个3D力触觉传感单元的一种阵列式触觉传感器,它可以获取三维方向的接触力数据信息,接着对这些数据信息进行处理,可精确地获得接触力的各向分布、大小等重要信息。现有的仿生触角装置大多数是利用触须触碰到物体产生的压力电信号来判断,只能用于初级避障功能,如果需要判断物体位置或者轮廓需要多根触须联合协作进行判断,主要原因是触须结构没有传感器,另外多根触须的组合装置对于微型机器人来说过于复杂,不利于进行微小空间下的探查工作。

因此,为了解决上述问题,需要一种多元光纤布拉格光栅阵列式仿生触角。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多元光纤布拉格光栅阵列式仿生触角,所述仿生触角包括触角基材骨架、触角卡扣接头、光纤光开关、光纤传感处理器,其中

所述触角基材骨架为圆柱体或正棱柱,所述触角基材骨架上等间隔封装多个光纤布拉格光栅阵列串;

所述光纤布拉格光栅阵列串连接所述触角卡扣接头内的光纤光开关,所述光纤光开关通过光纤连接器、光纤连接器卡扣和传感光纤连接所述光纤传感处理器。

优选地,所述触角基材骨架为圆柱体,多个所述光纤布拉格光栅阵列串沿所述触角基材骨架截面等间隔封装。

优选地,所述触角基材骨架为正棱柱,多个所述光纤布拉格光栅阵列串分别沿所述触角基材骨架截面每一边的中线封装。

优选地,所述触角基材骨架为直径2mm-10mm的柔韧性记忆合金丝、编织成形的复合材料杆、弹簧杆或硅胶条中的一种。

优选地,光纤布拉格光栅阵列串间隔封装3~5根,每根光纤布拉格阵列串布置3~10个光纤布拉格光栅作为测量点。

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