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可伸縮光學(xué)傳感器用于機(jī)器人行業(yè)
日期：2025-01-02 00:39
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摘要：可伸縮光學(xué)傳感器用于機(jī)器人行業(yè)
可伸縮光學(xué)傳感器用于機(jī)器人行業(yè)
傳感器是機(jī)器不可缺少的部件之一，它推動了許多機(jī)器的發(fā)展。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種帶有多個(gè) 3D 打印光纖傳感器和一個(gè)新的可伸縮光學(xué)傳感器的三指軟機(jī)械手。這種柔軟的機(jī)械手可以檢測不到十分之一牛頓的力。
研究小組使用光纖在每個(gè)機(jī)器人手指中放置了 14 個(gè)張力傳感器，這些傳感器旨在模仿人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每個(gè)手指的指尖和兩個(gè)“指骨”都是 3D 打印的。這些“指骨”通過關(guān)節(jié)連接起來，關(guān)節(jié)上覆蓋著一層硅橡膠“皮”。這項(xiàng)技術(shù)使機(jī)器人手指能夠確定其指尖的接觸位置并檢測其所承受的微不足道的力。雖然當(dāng)前版本的機(jī)械手沒有使用*新的可拉伸光學(xué)傳感材料，但研究人員希望在未來的軟機(jī)器人皮膚中使用它以獲得更大的反饋。
客觀地說，目前常用的壓力或力傳感器是有問題的。這是因?yàn)榻泳€太復(fù)雜，傳感器容易壞。它們極易受到電動機(jī)和其他電磁設(shè)備的干擾。使用光纖傳感器不存在這些問題，甚至一根光纖也可以包含多個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中，機(jī)器人手指上的所有傳感器都連接到4根光纖，完全不受電磁干擾。
研究人員表示，他們開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是提高機(jī)器人的自主性。 “如果你想讓機(jī)器人在日常環(huán)境中自主工作并**地應(yīng)對各種意想不到的力量，你需要在機(jī)器人的手上安裝比目前常見的更多的傳感器?！笨▋?nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人副教授 Yong-LaePark 說：“僅人類指尖的皮膚就包含數(shù)千個(gè)觸覺感覺單元，而蜘蛛的每條腿都有數(shù)百個(gè)機(jī)械刺激受體。在目前*先進(jìn)的人形機(jī)器人中，例如 NASA 的 Robonaut，他們的手和手腕上只有 42 個(gè)傳感器?！?/span>
Park 開發(fā)的機(jī)械手得到了學(xué)校機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生 Leo Jiang 和 Kevin Low 的幫助。該設(shè)備集成了目前市場上的光纖布拉格光柵（FBG）傳感器，通過測量光纖中發(fā)射光波長的位移來檢測張力。這種手指由一個(gè)主動肌腱彎曲，而另一個(gè)被動彈性肌腱提供相反的力來伸直手指。
新型可伸縮光學(xué)傳感器是開發(fā)團(tuán)隊(duì)希望在下一版本機(jī)械手中使用的傳感器。由于傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器缺乏柔韌性，眾所周知，玻璃纖維很難被拉伸，甚至聚合物制成的光纖的拉伸率也只有20%-25%，其使用價(jià)值非常有限。然而，通過將硅橡膠與反射金相結(jié)合，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對傳感器施加壓力時(shí)，光線可以逸出，從而使他們能夠相應(yīng)地測量力。 Park 認(rèn)為，這種類型的傳感器可以同時(shí)感知接觸并測量力的大小。
卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種帶有多個(gè) 3D 打印光纖傳感器和一個(gè)新的可伸縮光學(xué)傳感器的三指軟機(jī)械手。這種柔軟的機(jī)械手可以檢測不到十分之一牛頓的力。
研究小組使用光纖在每個(gè)機(jī)器人手指中放置了 14 個(gè)張力傳感器，這些傳感器旨在模仿人類手指的骨骼結(jié)構(gòu)。每個(gè)手指的指尖和兩個(gè)“指骨”都是 3D 打印的。這些“指骨”通過關(guān)節(jié)連接起來，關(guān)節(jié)上覆蓋著一層硅橡膠“皮”。這項(xiàng)技術(shù)使機(jī)器人手指能夠確定其指尖的接觸位置并檢測其所承受的微不足道的力。雖然當(dāng)前版本的機(jī)械手沒有使用*新的可拉伸光學(xué)傳感材料，但研究人員希望在未來的軟機(jī)器人皮膚中使用它以獲得更大的反饋。
客觀地說，目前常用的壓力或力傳感器是有問題的。這是因?yàn)榻泳€太復(fù)雜，傳感器容易壞。它們極易受到電動機(jī)和其他電磁設(shè)備的干擾。使用光纖傳感器不存在這些問題，甚至一根光纖也可以包含多個(gè)傳感器。在這個(gè)項(xiàng)目中，機(jī)器人手指上的所有傳感器都連接到4根光纖，完全不受電磁干擾。
研究人員表示，他們開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)的目的是提高機(jī)器人的自主性。 “如果你想讓機(jī)器人在日常環(huán)境中自主工作并**地應(yīng)對各種意想不到的力量，你需要在機(jī)器人的手上安裝比目前常見的更多的傳感器?！笨▋?nèi)基梅隆大學(xué)機(jī)器人副教授 Yong-LaePark 說：“僅人類指尖的皮膚就包含數(shù)千個(gè)觸覺感覺單元，而蜘蛛的每條腿都有數(shù)百個(gè)機(jī)械刺激受體。在目前*先進(jìn)的人形機(jī)器人中，例如 NASA 的 Robonaut，他們的手和手腕上只有 42 個(gè)傳感器?！?/span>
Park 開發(fā)的機(jī)械手得到了學(xué)校機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生 Leo Jiang 和 Kevin Low 的幫助。該設(shè)備集成了目前市場上的光纖布拉格光柵（FBG）傳感器，通過測量光纖中發(fā)射光波長的位移來檢測張力。這種手指由一個(gè)主動肌腱彎曲，而另一個(gè)被動彈性肌腱提供相反的力來伸直手指。
新型可伸縮光學(xué)傳感器是開發(fā)團(tuán)隊(duì)希望在下一版本機(jī)械手中使用的傳感器。由于傳統(tǒng)的光學(xué)傳感器缺乏柔韌性，眾所周知，玻璃纖維很難被拉伸，甚至聚合物制成的光纖的拉伸率也只有20%-25%，其使用價(jià)值非常有限。然而，通過將硅橡膠與反射金相結(jié)合，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對傳感器施加壓力時(shí)，光線可以逸出，從而使他們能夠相應(yīng)地測量力。 Park 認(rèn)為，這種類型的傳感器可以同時(shí)感知接觸并測量力的大小。