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可伸缩光学传感器用于机器人行业
日期：2024-08-01 09:18
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摘要：可伸缩光学传感器用于机器人行业
可伸缩光学传感器用于机器人行业
传感器是机器不可缺少的部件之一，它推动了许多机器的发展。
卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种带有多个 3D 打印光纤传感器和一个新的可伸缩光学传感器的三指软机械手。这种柔软的机械手可以检测不到十分之一牛顿的力。
研究小组使用光纤在每个机器人手指中放置了 14 个张力传感器，这些传感器旨在模仿人类手指的骨骼结构。每个手指的指尖和两个“指骨”都是 3D 打印的。这些“指骨”通过关节连接起来，关节上覆盖着一层硅橡胶“皮”。这项技术使机器人手指能够确定其指尖的接触位置并检测其所承受的微不足道的力。虽然当前版本的机械手没有使用*新的可拉伸光学传感材料，但研究人员希望在未来的软机器人皮肤中使用它以获得更大的反馈。
客观地说，目前常用的压力或力传感器是有问题的。这是因为接线太复杂，传感器容易坏。它们极易受到电动机和其他电磁设备的干扰。使用光纤传感器不存在这些问题，甚至一根光纤也可以包含多个传感器。在这个项目中，机器人手指上的所有传感器都连接到4根光纤，完全不受电磁干扰。
研究人员表示，他们开发这项技术的目的是提高机器人的自主性。 “如果你想让机器人在日常环境中自主工作并**地应对各种意想不到的力量，你需要在机器人的手上安装比目前常见的更多的传感器。”卡内基梅隆大学机器人副教授 Yong-LaePark 说：“仅人类指尖的皮肤就包含数千个触觉感觉单元，而蜘蛛的每条腿都有数百个机械刺激受体。在目前*先进的人形机器人中，例如 NASA 的 Robonaut，他们的手和手腕上只有 42 个传感器。”
Park 开发的机械手得到了学校机械工程专业学生 Leo Jiang 和 Kevin Low 的帮助。该设备集成了目前市场上的光纤布拉格光栅（FBG）传感器，通过测量光纤中发射光波长的位移来检测张力。这种手指由一个主动肌腱弯曲，而另一个被动弹性肌腱提供相反的力来伸直手指。
新型可伸缩光学传感器是开发团队希望在下一版本机械手中使用的传感器。由于传统的光学传感器缺乏柔韧性，众所周知，玻璃纤维很难被拉伸，甚至聚合物制成的光纤的拉伸率也只有20%-25%，其使用价值非常有限。然而，通过将硅橡胶与反射金相结合，研究人员发现，当对传感器施加压力时，光线可以逸出，从而使他们能够相应地测量力。 Park 认为，这种类型的传感器可以同时感知接触并测量力的大小。
卡内基梅隆大学的研究人员开发了一种带有多个 3D 打印光纤传感器和一个新的可伸缩光学传感器的三指软机械手。这种柔软的机械手可以检测不到十分之一牛顿的力。
研究小组使用光纤在每个机器人手指中放置了 14 个张力传感器，这些传感器旨在模仿人类手指的骨骼结构。每个手指的指尖和两个“指骨”都是 3D 打印的。这些“指骨”通过关节连接起来，关节上覆盖着一层硅橡胶“皮”。这项技术使机器人手指能够确定其指尖的接触位置并检测其所承受的微不足道的力。虽然当前版本的机械手没有使用*新的可拉伸光学传感材料，但研究人员希望在未来的软机器人皮肤中使用它以获得更大的反馈。
客观地说，目前常用的压力或力传感器是有问题的。这是因为接线太复杂，传感器容易坏。它们极易受到电动机和其他电磁设备的干扰。使用光纤传感器不存在这些问题，甚至一根光纤也可以包含多个传感器。在这个项目中，机器人手指上的所有传感器都连接到4根光纤，完全不受电磁干扰。
研究人员表示，他们开发这项技术的目的是提高机器人的自主性。 “如果你想让机器人在日常环境中自主工作并**地应对各种意想不到的力量，你需要在机器人的手上安装比目前常见的更多的传感器。”卡内基梅隆大学机器人副教授 Yong-LaePark 说：“仅人类指尖的皮肤就包含数千个触觉感觉单元，而蜘蛛的每条腿都有数百个机械刺激受体。在目前*先进的人形机器人中，例如 NASA 的 Robonaut，他们的手和手腕上只有 42 个传感器。”
Park 开发的机械手得到了学校机械工程专业学生 Leo Jiang 和 Kevin Low 的帮助。该设备集成了目前市场上的光纤布拉格光栅（FBG）传感器，通过测量光纤中发射光波长的位移来检测张力。这种手指由一个主动肌腱弯曲，而另一个被动弹性肌腱提供相反的力来伸直手指。
新型可伸缩光学传感器是开发团队希望在下一版本机械手中使用的传感器。由于传统的光学传感器缺乏柔韧性，众所周知，玻璃纤维很难被拉伸，甚至聚合物制成的光纤的拉伸率也只有20%-25%，其使用价值非常有限。然而，通过将硅橡胶与反射金相结合，研究人员发现，当对传感器施加压力时，光线可以逸出，从而使他们能够相应地测量力。 Park 认为，这种类型的传感器可以同时感知接触并测量力的大小。