本發(fā)明涉及觸覺感應(yīng)，具體為基于fbg的六維力觸覺傳感器、調(diào)解方法及制備方法。
背景技術(shù)：
1、傳統(tǒng)六維力傳感器多采用應(yīng)變片、電容或壓電結(jié)構(gòu)，雖然在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在柔性集成、小型化以及抗電磁干擾等方面存在一定局限。
2、光纖布拉格光柵（fbg）傳感器具有體積小、重量輕、抗電磁干擾和易于復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)逐漸被引入多維力和觸覺感知領(lǐng)域。
3、本發(fā)明發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有基于fbg的六維力傳感器通常需要在柔性體中布置大量光柵，或者采用復(fù)雜的三維纏繞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致裝配困難、可靠性降低，不利于批量化生產(chǎn)；同時(shí)溫度漂移往往難以有效補(bǔ)償，影響測(cè)量精度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于fbg的六維力觸覺傳感器及制備方法，以解決現(xiàn)有基于fbg的六維力傳感器通常需要在柔性體中布置大量光柵，或者采用復(fù)雜的三維纏繞結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致裝配困難、可靠性降低，不利于批量化生產(chǎn)的不足。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：
3、第一方面，提供了一種基于fbg的六維力觸覺傳感器的解調(diào)方法，步驟包括：
4、獲取感應(yīng)組每個(gè)感應(yīng)光纖件的第一中心波長(zhǎng)漂移，及參考光纖件的溫度中心波長(zhǎng)漂移；
5、將溫度中心波長(zhǎng)漂移計(jì)算得到溫度變化量，在將溫度變化量對(duì)第一中心波長(zhǎng)偏移進(jìn)行溫度補(bǔ)償，獲得感應(yīng)組的波長(zhǎng)漂移向量；
6、將感應(yīng)組標(biāo)定得到靈敏度矩陣，將波長(zhǎng)漂移向量與所述靈敏度矩陣結(jié)合，并建立線性模型；
7、通過正則化最小二乘法進(jìn)行求解線性模型，得到六維力和力矩向量的估計(jì)值。
8、第二方面還公開了一種基于fbg的六維力觸覺傳感器的制備方法，步驟包括：
9、使用光纖切割刀切割感應(yīng)光纖件和參考光纖件的端面，并用無(wú)水乙醇清洗光纖表面；
10、采用飛秒激在感應(yīng)光纖件和參考光纖件上光刻寫光柵；
11、制作出帶有光纖通道的柔性觸覺彈性體模具，在剛性基底中加工光纖槽用于布置參考光纖件；
12、將感應(yīng)光纖件沿預(yù)制光纖通道嵌入柔性觸覺彈性體中，并施加輕微預(yù)張力，同時(shí)將參考光纖件水平放置于光纖槽內(nèi)并固定，向模具中倒入液態(tài)彈性體，真空脫泡后在60~80℃環(huán)境中固化；
13、固化后將柔性觸覺彈性體與剛性基底進(jìn)行連接，將感應(yīng)光纖件和參考光纖引出端并與光路系統(tǒng)進(jìn)行連接。
14、第三方面還公開了一種基于fbg的六維力觸覺傳感器，包括：剛性基底；
15、柔性彈性體，設(shè)在所述剛性基底的側(cè)面；
16、感應(yīng)組，設(shè)在所述柔性彈性體內(nèi)，并且對(duì)應(yīng)所述感應(yīng)區(qū)域設(shè)置；
17、所述感應(yīng)組包括三個(gè)感應(yīng)光纖件，所述感應(yīng)光纖件圍繞所述感應(yīng)區(qū)域的中心均勻布置，所述感應(yīng)光纖件一端由柔性彈性體靠近所述剛性基底的側(cè)面向遠(yuǎn)離所述剛性基底的側(cè)面延伸，用于從不同方向檢測(cè)作用力和力矩；
18、及，參考光纖件，設(shè)在剛性基底內(nèi)。
19、本發(fā)明實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案的有益效果至少包括：
20、本發(fā)明實(shí)施例公開了基于fbg的六維力觸覺傳感器，通過三只工作fbg在柔性觸覺彈性體內(nèi)部以平面內(nèi)120°周向均勻分布，并相對(duì)于剛性基底以約45°傾角斜向布置，使得三只工作fbg在觸覺工作面受力時(shí)產(chǎn)生不同的軸向應(yīng)變響應(yīng)，用于感知三向力fx、fy、fz及三向力矩mx、my、mz。通過溫度補(bǔ)償fbg的波長(zhǎng)漂移估算環(huán)境溫度變化量，對(duì)三只工作fbg的波長(zhǎng)漂移進(jìn)行溫度補(bǔ)償，獲得與六維載荷相關(guān)的波長(zhǎng)漂移向量。
21、實(shí)施例，通過獲取感應(yīng)組與參考光纖件的中心波長(zhǎng)漂移，實(shí)現(xiàn)了多源光學(xué)信號(hào)的同步采集；根據(jù)溫度中心波長(zhǎng)漂移計(jì)算溫度變化量，并據(jù)此對(duì)感應(yīng)組波長(zhǎng)漂移進(jìn)行補(bǔ)償，有效剝離了溫度干擾，獲得純力學(xué)響應(yīng)的波長(zhǎng)漂移向量；借助標(biāo)定所得靈敏度矩陣建立δλ′與六維載荷之間的線性映射模型，刻畫了三只傾斜fbg在特定幾何布置下對(duì)六維載荷的差異化響應(yīng)特性；最終采用正則化最小二乘法求解該欠定模型，在避免偽逆病態(tài)的同時(shí)保障了解的穩(wěn)定性與物理合理性。整個(gè)技術(shù)鏈路從前端信號(hào)采集、中端溫度-應(yīng)變解耦、到后端欠定系統(tǒng)穩(wěn)健求解，層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，共同支撐在僅使用三只工作fbg與一只參考fbg的簡(jiǎn)化硬件配置下，實(shí)現(xiàn)高精度、高魯棒性的六維力/力矩實(shí)時(shí)解調(diào)。
22、本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過在所寫的說(shuō)明書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。
23、下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
1.一種基于fbg的六維力觸覺傳感器的解調(diào)方法，其特征在于，步驟包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述將溫度中心波長(zhǎng)漂移計(jì)算得到溫度變化量是，將溫度中心波長(zhǎng)漂移代入到公式中計(jì)算出環(huán)境溫度的溫度變化量，公式為：，其中，為溫度靈敏度系數(shù)，為波長(zhǎng)漂移量，為溫度變化量；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述根據(jù)感應(yīng)組標(biāo)定的靈敏度矩陣，將波長(zhǎng)漂移向量與所述靈敏度矩陣結(jié)合，并建立線性模型是：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的解調(diào)方法，其特征在于：所述靈敏度矩陣的矩陣行對(duì)應(yīng)為感應(yīng)光纖件的工作通道，矩陣列對(duì)應(yīng)為六維力的六個(gè)分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解調(diào)方法，其特征在于，所述通過正則化最小二乘法進(jìn)行求解線性模型是，根據(jù)正則化最小二乘法將線性模型公式構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，接著目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)，推導(dǎo)出解析解公式，根據(jù)解析解公式可求得六維力/力矩向量的估計(jì)值。
6.一種基于fbg的六維力觸覺傳感器的制備方法，其特征在于，步驟包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述感應(yīng)光纖件和所述參考光纖件的中心波長(zhǎng)不相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述光纖通道與所述剛性基底平面為傾斜設(shè)置，并且沿著感應(yīng)區(qū)域中心均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述柔性觸覺彈性體與剛性基底進(jìn)行連接方式包括粘接或機(jī)械固定。
10.一種基于fbg的六維力觸覺傳感器，其特征在于，包括：剛性基底；