技术特征：
1.面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用ansys仿真分析机器人手指压触觉传感过程，并依据手指指节大小设计出适合各种机器人手指尺寸的柔性fbg触觉传感器；基于光纤光栅触觉传感器原理设计三种基体结构，利用有限元仿真得到了不同结构内光纤光栅的轴向应变，由轴向应变大小及变化情况确定选择合适的基体结构，得均匀轴向应变的方孔结构，通过模拟路径上的应变值确定基体结构上的方孔尺寸；通过埋入基体结构的fbg仿真分析确定埋入深度；步骤二、模具设计为三合模结构，模具材料选择为铜，下模腔体的中心线处留有一道凹槽，用来固定光纤光栅，腔体侧边增加了矩形槽，用来浇筑pdms混合液，上模保留1mm深度的方槽，对应光纤光栅埋入深度距上表面1mm，上模与下模采用螺栓紧固，侧边的活动块在腔体内注入pdms混合液后以插销的形式插入，其凸出的矩形块在腔体内形成方孔，通过更改侧边的矩形块，便能得到实心结构和方孔结构两种模型；步骤三、传感器制作时，将pdms胶水和固化剂按照10:1的比例混合搅拌均匀，在常温下静置一小时以上去除溶液中的微小气泡，光纤光栅提前布设在凹槽内，上下模之间用螺栓拧紧，将pdms混合液从侧边缓慢倒入，再将活动块缓慢推进，多余的液体会从排液孔排除，活动块与上下模用c字夹锁紧，确保活动块不滑动，最后将完成浇筑的模具放入干燥箱中烘烤130分钟，温度为75摄氏度，根据此方法分别制作实心和带孔结构的传感元件，光栅栅长为2mm；步骤四、将制成的传感器与解调仪、计算机组成触觉传感系统，粘贴于机器人手指上，进行触觉感知监测；步骤五、搭建的光纤光栅触觉传感检测系统，包含以下主要设备：方孔结构柔性光纤光栅触觉传感器、压力机、解调设备和计算机，方孔结构柔性光纤光栅触觉传感器的一端用接头与检测设备相连，计算机端口与检测设备相连接，通过计算机得到实时的方孔结构柔性光纤光栅触觉传感器中心波长偏移值；实施加载的压力机由两部分组成，包括螺旋支架与压力计，触觉传感器受到压力机的均布力载荷后，计算机通过解调仪测得中心波长偏移值，同时得到加载力，实时获得机械手指的受载情况。2.根据权利要求1所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤一中的光纤光栅触觉传感器制作包括以下步骤：步骤1：清洁模具；步骤2：制备pdms混合液；步骤3：封装光纤光栅；步骤4：烘烤成型；步骤5：脱模；步骤6：清洗模具。3.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤1中清洁模具具体内容为：用酒精喷雾及丝绵清洗模具，实现腔体内无异物和大颗粒灰尘。4.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤2中制备pdms混合液的具体步骤如下：
(2-1)将pdms胶水和固化剂按照10:1的比例倒在玻璃容器中；(2-2)用玻璃棒沿着一个方向搅拌一分钟使固化剂和胶水充分融合；(2-3)将搅拌好的溶液在常温下静置一小时以上去除溶液中的微小气泡。5.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤3中封装光纤光栅的具体步骤如下：(3-1)将带有光栅的光纤布设在下模的凹槽内；(3-2)光纤光栅与模具的边缘处用记号笔做上标记，用以确定光栅在弹性体中的位置；(3-3)将上下模用螺栓拧紧，保证光栅在腔体内不变形；(3-4)接下来将pdms混合液从侧边缓慢倒入，直至液体漫出；(3-5)再将侧边活动块缓慢插入，多余的液体从活动块上的排液孔慢慢排出；(3-6)最后用c字夹从上下模外侧紧固，保证活动块不滑动。6.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤4中烘烤成型的具体内容为：pdms混合液在常温下需要静置12小时才能成型，为了缩短成型时间，将完成浇筑的模具放入干燥箱中烘烤130分钟，温度为75摄氏度。7.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤5中脱模的具体步骤如下：(5-1)等待干燥箱中的模具放凉后，拧掉模具上的螺钉与螺母，用钳子从侧边卸掉活动块；(5-2)在打开上模与下模的过程中，不断喷洒酒精，防止弹性体与上下模粘接。8.根据权利要求2所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述步骤6清洁模具是用酒精喷雾及丝绵清洗模具。9.根据权利要求1所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，制作出的光纤光栅触觉传感器后，用粘贴的方式布置于机器人手指表面，粘合剂选用结构丙烯酸和环氧树脂，待粘贴的试件为pdms制作的样品，聚合物塑料选择的是pvc塑料。10.根据权利要求1所述的面向机器人手指的方孔结构柔性fbg触觉传感器制作方法，其特征在于，所述解调设备为中视物联生产的fsm04软组织检测系统，该光谱分析仪有四个通道，分辨率为0.1pm，量程范围为1510-1590nm，并且内部集成了光源和耦合器，光纤光栅的一端用接头与检测设备相连接，计算机接线端与检测设备相连接，通过计算机上配套的软件，得到实时的光谱图，对触觉传感器加载过程中，压力机自带的软件得到加载力实时大小，计算机也通过解调仪测得波长的变化；布拉格光栅的中心波长λ
b
与光栅周期，折射率关系表示如下：λ
b
＝2n
eff
λ其中，λ
b
为bragg光栅的反射波长，λ为光纤纤芯有效折射率，n
eff
为光栅栅距；光纤光栅触觉传感机理如下：将光纤光栅埋入弹性体中间位置，当弹性体受到外部载荷时，弹性体会发生形变，光纤光栅嵌在弹性体内，随着弹性体而发生变形，光纤光栅会因此产生应变从而使光栅bragg中心波长发生偏移，中心波长的偏移量由解调装置解调而成，根据波长的偏移量得到应力与应变的关系，由于光栅在内部受到的应变与弹性体受到的应力成正比，光纤bragg光栅的中
心波长偏移量与应力大小呈正比关系。
技术总结
本发明提供了一种面向机器人手指的方孔结构柔性FBG触觉传感器制作方法，属于传感器制作技术领域。解决了应变非均匀性的技术问题。其技术方案为：包括以下步骤：步骤一、利用ANSYS仿真分析机器人手指压触觉传感过程；步骤二、模具设计为三合模结构；步骤三、传感器制作；步骤四、将制成的传感器与解调仪、计算机组成触觉传感系统，粘贴于机器人手指上，进行触觉感知监测；步骤五、搭建的光纤光栅触觉传感检测系统。本发明的有益效果为：本发明调整方孔结构的光栅埋入深度，减弱光栅路径上的非均匀应变。匀应变。匀应变。
技术研发人员：陆观 伏诗文 徐一鸣 邱自学 张磊
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2022/6/16