[發明專利]一種多芯布拉格光纖光柵仿生觸角

在審

• 申請號: 201711449534.2
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108225211A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 祝連慶;李紅;孫廣開;婁小平;董明利;陳少華;宋言明
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京律恒立業知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11416
• 代理人: 顧珊;龐立巖

本發明提供一種多芯布拉格光纖光柵仿生觸角，所述仿生觸角包括觸角基材骨架、觸角卡扣接頭、多芯光纖扇入/扇出轉換器、光纖光開關、光纖傳感處理器，其中所述觸角基材骨架為軸心中空的圓柱體或正棱柱，在所述觸角基材骨架軸心封裝多芯布拉格光纖光柵；所述多芯布拉格光纖光柵連接至所述觸角卡扣接頭內的多芯光纖扇入/扇出轉換器進行光信號轉換，所述多芯光纖扇入/扇出轉換器連接光纖光開關，所述光纖光開關通過光纖連接器、光纖連接器卡扣和傳感光纖連接所述光纖傳感處理器。本發明提供的仿生觸角結構簡單、易于安裝，為仿生智能機器人在能見度低、惡劣環境中提供有效的觸覺感知信息，能夠在多種場合中應用。

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別涉及一種多芯布拉格光纖光柵仿生觸角。

背景技術

在自然界中，許多動物長期生活在黑暗環境中，視力比較弱，作為感官系統的補充，它們身體都生有一套精確感知能力的觸須/觸角體系，憑借這一觸須/觸角體系對周圍信息進行感知，有效的避開有害的生物或區域。基于觸須/觸角的獨特性，人們開始研制仿生觸角并安裝在機器人身上，并融合視覺、聽覺等手段以增強機器人對環境的感知與識別能力。利用觸角被動或主動地掃描與觸碰物體，機器人能詳細感知物體的形狀與材質、檢測狹小空間的尺寸與管道裂紋、探測并識別地形、實現特殊環境下的高精度自主導航(特別是能見度低、地形復雜的外星球導航與探測)。國外的工業生產中甚至運用人造觸須檢測精密機械加工中的零件毛刺。最早的仿生觸須機器人，是美國的是美國的太空探險機器人Attila，它有一根長為25cm的觸須，通過彎曲的觸須可以判斷前方是否有障礙物，但是它不能主動感知障礙物的距離和大小等信息。德國費斯托公司研制生產出一種水母機器人，它長著8根仿生觸須，每根觸須包含軟硬適度的“主心骨”，骨外面連著柔性的表面，表面分成兩個腔，壓力可以分別調整，使整個觸須向某個方向彎曲。通過觸須傳感器可以精確的知道水母當前所處的深度等信息。美國科學家研究的仿生機器龍蝦，這種龍蝦具有很高的靈活性，它長著能夠感知障礙物的觸須，它的內部安裝有MEMS傳感器。觸須的底部固定在可以偏轉的座架上，MEMS轉換開關置于觸角末梢，形成撓性電路，因而可以主動感知外界的環境信息。另外人工觸覺傳感技術在微創外科手術中的應用，并提出了利用柔性觸覺傳感器來探測身體復雜且柔軟的器官和組織的接觸信息。

現有技術中，存在采用MEMS技術，通過在柔性電路板上安裝數個3D力觸覺傳感單元的一種陣列式觸覺傳感器，它可以獲取三維方向的接觸力數據信息，接著對這些數據信息進行處理，可精確地獲得接觸力的各向分布、大小等重要信息。現有的仿生觸角裝置大多數是利用觸須觸碰到物體產生的壓力電信號來判斷，只能用于初級避障功能，如果需要判斷物體位置或者輪廓需要多根觸須聯合協作進行判斷，主要原因是觸須結構沒有傳感器，另外多根觸須的組合裝置對于微型機器人來說過于復雜，不利于進行微小空間下的探查工作。

因此，為了解決上述問題，需要一種多芯布拉格光纖光柵仿生觸角。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多芯布拉格光纖光柵仿生觸角，所述仿生觸角包括觸角基材骨架、觸角卡扣接頭、多芯光纖扇入/扇出轉換器、光纖光開關、光纖傳感處理器，其中

所述觸角基材骨架為軸心中空的圓柱體或正棱柱，在所述觸角基材骨架軸心封裝多芯布拉格光纖光柵；

所述多芯布拉格光纖光柵連接至所述觸角卡扣接頭內的多芯光纖扇入/扇出轉換器進行光信號轉換，所述多芯光纖扇入/扇出轉換器連接光纖光開關，所述光纖光開關通過光纖連接器、光纖連接器卡扣和傳感光纖連接所述光纖傳感處理器。

優選地，所述觸角基材骨架為直徑2mm-10mm的柔韌性記憶合金絲、編織成形的復合材料桿、彈簧桿或硅膠條中的一種。

優選地，所述多芯布拉格光纖光柵具有3-10個柵點，柵區長度在2-10mm，反射率大于90％，光譜半高寬小于0.2nm，波段范圍可在1520-1570nm，同一點位置上的光纖光柵中心波長相同，不同點位置的波長不同，波長相隔大于4nm。