[發明專利]光波導觸覺傳感器、傳感系統、標定方法、及機器人

在審

• 申請號: 202210655743.7
• 申請日: 2022-06-10
• 公開（公告）號: CN115014623A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 趙慧嬋;周婧祎;劉辛軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01L5/166
• 分類號: G01L5/166
• 代理公司: 北京華進京聯知識產權代理有限公司 11606
• 代理人: 袁榕

本發明涉及一種光波導觸覺傳感器、傳感系統、標定方法、及機器人。光波導觸覺傳感器包括：光波導包層和包覆在光波導包層中的至少兩條光波導內芯、至少兩個光源和至少兩個光敏元件；各光波導內芯在第一平面上的投影相交叉，其中，第一平面垂直于光波導包層的第一方向；各光波導內芯的輸入端均布置有至少一個光源，各光波導內芯的輸出端布置有至少一個光敏元件，各光源射出的光線通過對應的光波導內芯傳導至對應的光敏元件中；各光波導內芯用于在光波導包層受到外力作用時，發生形變以改變光敏元件接收到的光線的強度。本發明的結構和制作過程均較為簡單，也易于與機器人以及可穿戴設備集成，同時不影響機器人以及人的靈活操作能力。

技術領域

本發明涉及觸覺傳感器技術領域，特別是涉及一種光波導觸覺傳感器、傳感系統、標定方法、及機器人。

背景技術

觸覺傳感器通常用于采集力、形狀、壓強等觸覺信息，在機器人、可穿戴設備、虛擬現實、智能假肢、人機交互等領域具有廣泛應用。而豐富的觸覺感知能力能夠輔助機器人實現各種靈活操作。在觸覺交互中，最常見的感知對象為法向力與切向力，而這兩種形式的力對于觸覺操作也分別具有不同的意義。例如，法向力有助于評估接觸力或夾持力的大小，或用于評估碰撞發生的劇烈程度；切向力在紋理檢測以及操作中的滑移評估具有重要作用。

然而，相關技術中能夠同時實現法向力與切向力的感知的觸覺傳感器往往結構較為復雜。

發明內容

基于此，有必要針對現有技術中能夠同時進行法向力和切向力感知的觸覺傳感器結構較為復雜的問題，提供一種結構簡單的光波導觸覺傳感器、傳感系統、標定方法、及機器人。

本申請實施例第一方面提供一種光波導觸覺傳感器，包括：光波導包層和包覆在光波導包層中的至少兩條光波導內芯、至少兩個光源和至少兩個光敏元件；

其中，各光波導內芯均包覆在光波導包層中，且在光波導包層的第一方向上間隔布置；

各光波導內芯在第一平面上的投影相交叉，其中，第一平面垂直于光波導包層的第一方向；

各光波導內芯的輸入端均布置有至少一個光源，各光波導內芯的輸出端布置有至少一個光敏元件，各光源射出的光線通過對應的光波導內芯傳導至對應的光敏元件中；

各光波導內芯用于在光波導包層受到外力作用時，發生形變以改變光敏元件接收到的光線的強度。

在其中一個實施例中，光波導內芯的數量為兩條，兩條光波導內芯在第一平面上的投影垂直；或者

光波導內芯的數量為三條，每兩條光波導內芯在第一平面上的投影的夾角均為120°。

在其中一個實施例中，各光波導內芯在光波導包層內呈直線狀排布。

在其中一個實施例中，光波導包層的材質為硅橡膠；和/或

光波導內芯的折射率大于光波導包層的折射率；和/或

光波導內芯的材質為聚氨酯。

在其中一個實施例中，每一光波導內芯被構造為呈柱狀，光波導包層被構造為呈長方體狀，且光波導內芯的軸線垂直于光波導包層的第一方向，其中，光波導包層的高度方向形成第一方向。

本申請實施例第二方面提供一種光波導觸覺傳感系統，包括：

上述的光波導觸覺傳感器；

信號采集電路，與至少兩個光敏元件電連接，并用于采集至少兩個光敏元件的輸出信號；

光源供電電路，與至少兩個光源電連接，并用于對至少兩個光源供電；以及

控制器，與信號采集電路電連接，用于根據信號采集電路測得的至少兩個光敏元件的輸出信號獲取光波導觸覺傳感器受到的外力。