[发明专利]一种用于机器人指尖的滑动检测探头及工作方法

说明书

本发明涉及一种用于机器人指尖的滑动检测探头及工作方法，包括由柔性材质制成的探头本体，所述探头本体的一侧端面用于与机器人手指固定连接的固定端面，固定端面的另一侧为滑动端面，用于与待抓取物体表面产生相对滑动，所述探头本体内部固定有伸出至探头本体外部的光纤光栅，所述探头本体包括接触区及敏感区，所述光纤光栅的光栅栅区位于敏感区内，所述接触区所在的滑动端面位置处设有凸起结构，本发明的滑动检测探头结构简单，制作方便，可有效检测滑动信息，并且抗电磁干扰能力强。

技术领域

本发明涉及机器人智能感知技术领域，具体涉及一种用于机器人指尖的滑动检测探头及工作方法。

背景技术

智能机器人中机械手自主抓取与对物体的任意操纵一直是一个难题。抓取过程中的对物体的滑动信息、粗糙度信息进行检测是实现这个功能的关键。因此需要在机器人手指上安装滑动检测传感器。滑动检测传感器要求体积小、高灵敏度、高响应速度并且应减少布线复杂程度。

清华-伯克利深圳学院筹备办公室发明了一种可同时测量压力与滑动的滑觉传感器。采用柔性上下凸台内嵌电极与压阻薄膜的方式，利用摩擦起电与压阻效应，实现压力与滑动的同时测量。但是本身调理电路复杂，且易受外界干扰。合肥工业大学也设计了一种电容式触滑觉传感器装置，利用滑动造成的电容变化进行滑动检测，该传感器结构较为复杂，且电容传感器容易受到电磁干扰影响。日本电气通信大学的Seiichi Teshigawara研究了一种基于压力导电橡胶的滑动传感装置，具有较好的柔性和精度，但是难以区分切向力和法向力的影响。

为了使传感器柔性度更好，结构简单，同时灵敏度与精度高，免疫电磁干扰的影响，需要对传感器结构及传感原理进行改进。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于机器人指尖的滑动检测探头，该探头结构简单，易于制作，使用光纤光栅作为传感元件，提高了精度并抗电磁干扰，布线简单，结合信息处理算法，可对抓取过程中物体的滑动以及粗糙度进行检测，对实现机械手触滑觉感知功能具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于机器人指尖的滑动检测探头，包括由柔性材质制成的探头本体，所述探头本体的一侧端面用于与机器人手指固定连接的固定端面，固定端面的另一侧为滑动端面，用于与待抓取物体表面产生相对滑动，所述探头本体内部固定有伸出至探头本体外部的光纤光栅，所述探头本体包括接触区及敏感区，所述光纤光栅的光栅栅区位于敏感区内，所述接触区所在的滑动端面位置处设有凸起结构。

进一步的，所述光纤光栅的轴线与固定端面和滑动端面相平行，且光纤光栅轴线方向沿探头本体与待抓取物体表面相对滑动的方向布置。

进一步的，所述探头本体由柔性硅胶材质制成。

进一步的，所述凸起结构用于与待抓取物体接触的表面为凹凸面。

进一步的，所述凹凸面的凸起部分采用凸起的梯形或弧形。

进一步的，所述探头本体采用3D打印相应模具然后硅胶灌注方法成型得到。

本发明还公开了一种用于机器人指尖的滑动检测探头的工作方法：将光纤光栅与解调仪连接，探头本体通过固定端面粘贴到机器人手指表面，将探头本体与待抓取物体表面接触，其中凸起结构与待抓取物体接触，敏感区对应的滑动端面与待抓取物体表面不接触，机器人指尖带动探头本体与待抓取物体表面产生相对滑动，柔性材质制成的探头本体产生切向应变，切向应变由接触区传递至敏感区，敏感区内光纤光栅的光栅栅区检测到切向应变，并通过解调仪对波长信号进行解调，得到滑动信息。

本发明的有益效果：

1.本发明的滑动检测探头，结构及布线简单，制作方便，使用光纤光栅作为传感元件，提高了精度并抗电磁干扰。