[发明专利]一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器

说明书

本发明属于手部康复和软体机器人相关技术领域，其公开了一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器，该软体致动器为表面具有波纹结构的类圆柱体，其包括硅胶壳体、两个腔体机构及光纤弯曲传感器，所述腔体机构及所述光纤弯曲传感器设置在所述硅胶壳体内；所述腔体机构呈半圆柱状，其包括硅胶腔室，所述硅胶腔室远离所述光纤弯曲传感器的表面上形成有波纹褶皱，且波纹褶皱的最大处螺栓缠绕有凯夫拉纤维线；所述光纤弯曲传感器包括PMMA塑料光纤，所述PMMA塑料光纤的表面受到压力时，其产生的轴向变形大于径向变形，如此使得所述光纤弯曲传感器在进行弯曲测量时不受压力的影响。本发明不会受到压力影响，提高了测量准确性，灵活性较好。

技术领域

本发明属于手部康复和软体机器人相关技术领域，更具体地，涉及一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器。

背景技术

如今社会人口老龄化加重，由于脑卒中等疾病引起的偏瘫人数越来越庞大，同时，由于生产事故、交通事故等意外造成的手部运动功能受损的人数也逐年增加。这些患者往往因肢体运动功能障碍而生活不能自理，给家庭和社会都带来了不小的压力。机器人辅助康复训练能够节约大量的人力物力，并能够对患者康复进度进行量化的评估，根据患者的康复状况循序渐进的进行训练。

在手部康复训练中，市面上有刚性结构外骨骼机器人和柔性结构外骨骼机器人，刚性结构外骨骼机器人有传统的连杆、铰链、滑块等结构组成，柔性结构外骨骼机器人则由柔性流体致动器构成，如硅胶制成的气动致动器。相比于刚性结构外骨骼机器人，柔性结构外骨骼机器人具有更高的安全性和舒适性，由于其自身结构的柔性特点，当发生碰撞或者系统干扰从而产生突变的意外载荷时，柔性的结构能够对意外载荷进行缓冲，不会对患者造成伤害；而且当柔性结构外骨骼机器人对患者施加辅助力时，柔性的结构能够贴合患者的手部，以较大的作用面积与患者手部接触，使得佩戴起来具有更好的舒适性。

虽然柔性结构的软体致动器在手部运动康复上有非常好的应用前景，但是目前对于软体致动器的研究却不太成熟，其表现在没有合适的传感器可以对软体致动器的弯曲角度进行较好的测量，且市面上的薄膜式柔性弯曲传感器虽然能对弯曲进行测量，但由于表面压力对测量的影响十分严重，无法很好地将其集成于软体致动器中。相应地，本领域存在着发展一种准确性较好的基于光纤弯曲传感器的软体致动器的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器，其基于现有软体致动器的工作特点，研究及设计了一种准确性较好的基于光纤弯曲传感器的软体致动器，以提高弯曲测量的准确性。所述软体致动器可以实现康复训练时运动状态的反馈，其采用了一种基于PMMA光纤为导光介质的光纤弯曲传感器。其中PMMA光纤具有一定的硬度，在受到表面压力时，不会产生明显的径向变形，而在轴向是容易弯曲的，因此该光纤弯曲传感器对弯曲进行测量时，其不会受到径向压力影响，提高了测量准确性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于光纤弯曲传感器的软体致动器，该软体致动器为表面具有波纹结构的类圆柱体，其包括硅胶壳体、两个腔体机构及光纤弯曲传感器，所述腔体机构及所述光纤弯曲传感器设置在所述硅胶壳体内，所述硅胶壳体用于固定所述腔体机构及所述光纤弯曲传感器之间的相对位置；所述光纤弯曲传感器位于两个所述腔体机构之间；

所述腔体机构呈半圆柱状，其包括硅胶腔室，所述硅胶腔室远离所述光纤弯曲传感器的表面上形成有波纹褶皱，且波纹褶皱的最大处螺栓缠绕有凯夫拉纤维线；所述光纤弯曲传感器包括PMMA塑料光纤，所述PMMA塑料光纤的表面受到压力时，其产生的轴向变形大于径向变形，如此使得所述光纤弯曲传感器在进行弯曲测量时不受压力的影响。

进一步地，所述腔体机构还包括玻璃纤维布，所述玻璃纤维布贴在所述硅胶腔室朝向所述光纤弯曲传感器的表面上。

进一步地，所述腔体机构包括进气管，所述进气管连接于所述硅胶腔室的一端，且所述进气管与所述硅胶腔室相连通。