Shape recognition of the soft material by the asymmetric control of the braided grating fiber

编织光栅光纤非对称控制的软材料形状识别

基本信息

批准号：
21K03989
负责人：
熊崎裕教
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Gifu National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

触覚センサのなかでも力覚センサは力（圧力）やトルクの大きさ、向きを検出するセンサであり、静電容量式、圧電式などが一般的である。本研究では 3 本の FBG（Fiber Bragg Grating, 反射中心波長:1550±0.5 nm、グレーティング長：5 mm）を三つ編みにし、ソフトマテリアルで硬化したものを光学式触覚センサとして提案し、基礎的な実験を行った。FBG3 本（FBG_A、FBG_B、FBG_C）のグレーティング領域を長手方向にABC の順に5 mmずつずらながら連続するように配置し、長さ15 mm、直径約 2 mmのセンサ部とするようソフトマテリアルで硬化した。グレーティング領域の10 mm手前から2.5 mm間隔で計15 点に対し0.2Nの力を、フォースゲージ（接触部面積：0.016 mm^2）により加えながら各FBGの反射光スペクトルを測定した。センサ部の構造として以下の三つの場合について同様の実験を行った。(1)FBG3 本を直線的に配置しソフトマテリアルのみで硬化(2)FBG3 本を三つ編みにしてソフトマテリアルのみで硬化(3)FBG3 本を三つ編みにして局所的に接着剤で硬化後にソフトマテリアルで硬化荷重印加による反射中心波長の最大変化量は(1)0.40 nm(-0.22~0.18 nm) (2)0.73 nm(-0.29~0.44 nm) (3)0.93 nm (-0.64~0.29 nm) であり、直線形状よりも三つ編み形状の方が、また同じ三つ編み形状でも局所的に接着剤による硬化を行った方が反射中心波長は大きく変化した。三つ編み形状にすることで、また、ヤング率の大きな接着剤で局所的な硬化を行うことでセンサの非対称性が増加したことが起因したと考えられる。実際、反射光スペクトルの半値幅の変化は局所的な硬化を行った(3)の場合にのみ確認された。

在触觉传感器中，力传感器是检测力（压力）和扭矩的大小和方向的传感器，常见的是电容式、压电式等。在这项研究中，我们提出了三个FBG（光纤布拉格光栅，反射中心波长：1550±0.5 nm，光栅长度：5 mm）作为光学触觉传感器，通过将它们编织并用软材料硬化进行了实验。三个FBG（FBG_A、FBG_B、FBG_C）的光栅区域按ABC顺序连续排列，纵向错开5mm，并用软材料硬化，形成长度为15mm、直径为传感器部分大约2毫米。使用测力计（接触面积：0.016mm^2）对光栅区域前方10mm处以2.5mm间隔共15个点施加0.2N的力，测定各FBG的反射光谱。对于传感器部分的以下三种结构进行了类似的实验。 (1) 将 3 个 FBG 排成一条直线，仅用软材料固化 (2) 编织 3 个 FBG，仅用软材料固化 (3) 编织 3 个 FBG，并用粘合剂局部固化由于反射中心波长的最大变化随后在软质材料上施加的固化负载为 (1) 0.40 nm (-0.22~0.18 nm) (2) 0.73 nm (-0.29~0.44 nm) (3) 0.93 nm （-0.64 至 0.29 nm），并且当用粘合剂局部固化时，编织形状的反射中心波长变化比直形状的变化更大，即使是相同的编织形状。这被认为是由于编织形状和使用具有大杨氏模量的粘合剂的局部固化而增加了传感器的不对称性。事实上，仅在进行局部固化的情况(3)中观察到反射光谱的半宽度的变化。