[發(fā)明專利]一種基于仿生復眼的大角度高分辨力觸覺傳感裝置及方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010822114.X | 申請日： | 2020-08-15 |
| 公開（公告）號： | CN112129438B | 公開（公告）日： | 2022-04-08 |
| 發(fā)明（設計）人： | 宋樂;朱歡;岳鈞百;董文博;張佳樂;馮渝;程路雅;孔欣玥;房豐洲 | 申請（專利權）人： | 天津大學 |
| 主分類號： | G01L1/24 | 分類號： | G01L1/24 |
| 代理公司： | 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201 | 代理人： | 劉子文 |
| 地址： | 300072*** | 國省代碼： | 天津;12 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 仿生 復眼 角度 分辨力 觸覺 傳感 裝置 方法 | ||
1.一種基于仿生復眼的大角度高分辨力觸覺傳感方法，基于觸覺傳感裝置，包括曲面光波導板、復眼陣列、掩膜、光纖光錐、LED光源陣列、LED光源固定板陣列、LED光源固定支架陣列、探測器和底座；所述底座上表面上安裝有探測器和LED光源固定支架陣列，所述探測器與光纖光錐的末端耦合，所述曲面光波導板和復眼陣列同球心安裝于光纖光錐頂端上方，球心與探測器的中心位于同一豎直線上；復眼陣列的各個子眼之間填充有所述掩膜，所述LED光源固定支架陣列的頂部安裝有LED光源固定板陣列，LED光源陣列放置于LED光源固定板陣列上，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一：當物體接觸到曲面光波導板且光波導板在接觸處P點產生變形，建立形變量與力之間的關系為：F1＝f1(Δx)、F2＝f2(Δy)、F3＝f3(Δz)，其中F1、F2、F3分別是x、y、z方向的力分量，Δx、Δy、Δz分別是x、y、z方向的形變量，f1、f2、f3分別是x、y、z方向的力與形變量之間的函數關系；
步驟二：通過接觸處P點得到泄露光的出射位置Q點的坐標，利用幾何光學的方法進行分析，由于接觸面的形變導致曲面光波導板局部不滿足全反射條件，取內部的一條光線以及z＝z1截面進行分析，根據得到Q點的坐標，其中，P(t-Δx,b-Δy,z1)是受力位置點，Q點是光出射點位置，O點是坐標原點，是受力點P的法向量；
步驟三：得到泄露光強度；在P點利用菲涅耳公式計算P點的反射光強度，在Q點處再次利用菲涅耳公式計算出折射光強度，即泄露光的強度；兩次利用菲涅耳公式得到的泄露光強度的表達式為：Ep2＝g1(Ep1)，Es2＝g2(Es1)，其中，Ep1、Es1、Ep2、Es2分別表示的是入射光的p分量和s分量振幅，泄露光的p分量和s分量的振幅，g1、g2是泄露光與入射光和形變量之間的函數關系；
步驟四：建立泄露光強度與三維力之間的關系表達式，結合步驟一到步驟三所得到的關系表達式，得到的力與泄露光之間的表達式是：F1＝h1(Ep2,Es2,Δx)、F2＝h2(Ep2,Es2,Δy)、F3＝h3(Ep2,Es2,Δz)，其中，h1、h2、h3是泄露光與三維力之間的函數關系；
步驟五：建立探測器上的灰度值以及形心位移與三維力之間的關系表達式；復眼陣列作為接收泄露光的第一部分，經過復眼陣列之后的泄露光再經過光纖光錐最終用探測器接收；得到三維力與灰度值以及形心位移之間的關系為：Fx＝fx(ux)、Fy＝fy(uy)、Fz＝-g(G)，其中，Fx、Fy、Fz分別是x方向的剪切力、y方向的剪切力和z方向的法向力，fx、fy、g分別是三維力與形心位移和灰度值之間的關系曲線；關系曲線作為三維力測量的數學模型，根據探測器上光斑的灰度值和曲線g計算法向力，根據探測器上光斑的形心位移信息和曲線fx、fy計算剪切力；即可得到傳感裝置的三維觸覺力測量模型。
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