基于光纖微彎曲效應(yīng)的滑覺傳感器研制.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手被廣泛應(yīng)用于物體拾放。利用滑覺能準(zhǔn)確檢測抓取物體所需的力或力矩，提高機(jī)械手抓取的可靠性。現(xiàn)有的滑覺傳感器主要采用加速度、視覺識別、電壓檢測等原理。但由于受到技術(shù)水平和制造成本的限制，滑覺傳感器的研究總體仍處于探索階段。論文提出了一種基于光纖微彎效應(yīng)的滑覺傳感器，用來檢測抓取物體時的相對滑動。
　　傳感器基于光纖微彎損耗原理，通過“力信號——位移信號——光通量——電壓信號”的轉(zhuǎn)化從而測量物體與機(jī)械手之間的

2、摩擦力。設(shè)計(jì)了一種懸臂彈力齒板結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)力信號——位移信號的轉(zhuǎn)化，優(yōu)點(diǎn)在于形變量較小且有較好的重復(fù)精度。進(jìn)一步分析位移信號——光通量損耗之間的關(guān)系，確定了懸臂彈力齒板的重要參數(shù)，包括:齒距、齒廓半徑、彈性懸臂組的胡克系數(shù)等。通過光電轉(zhuǎn)換電路把光通量轉(zhuǎn)換成電壓信號。以上系統(tǒng)組成一個測量單元。傳感器由兩個相互正交的測量單元組成，分別用來測量X/Y方向的兩個摩擦力。
　　為精確地獲得傳感器的力信號和電壓信號之間的關(guān)系，需要進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。首

3、先分別對X/Y方向的兩個單元單獨(dú)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果得到力信號和電壓呈現(xiàn)明顯的線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.99963與0.99869。系數(shù)不同的原因是兩傳感器單元彈性懸臂組的胡克系數(shù)不同。接著對組合的傳感器在各個方向上進(jìn)行標(biāo)定，發(fā)現(xiàn)由于摩擦力的存在，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在誤差。進(jìn)一步地對摩擦力進(jìn)行補(bǔ)償后，實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)載與X軸夾角在30°～60°范圍內(nèi)時，總體誤差在±2％以內(nèi)，能滿足傳感器檢測需要，表明該傳感器設(shè)計(jì)方案是有效的。
　　搭建試驗(yàn)平臺模