本技术公开了一种基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节及其光路系统,其中柔性关节包括多模光纤和光热转换弹性体,光热转换弹性体呈弧形关节状,该光热转换弹性体内含有用于光热转化的材料,多模光纤偏心嵌置在光热转换弹性体内;多模光纤的纤芯上刻有光纤布拉格光栅,且光纤布拉格光栅的中点与柔性关节的中点平齐;当多模光纤的入射光功率增加时,光热转换弹性体会朝着曲率减小的方向进行弯曲运动,光纤布拉格光栅的反射谱信号反映光热转换弹性体的变化角度。本发明利用光纤布拉格光栅将感知与驱动功能集成一体,具有高度集成化,能量耗损小,体积小,重量轻,抗干扰等优点,便于应用在软体机器人、体内手术、高辐射性、易燃易爆等场合。
背景技术
在柔性机器人领域,大部分柔性执行器只具备致动功能,缺乏实时感知反馈,功能单一,而额外加装感知设备会使结构冗杂,体积增加,可靠性降低。
现有柔性机器人的驱动方式多是采用气压、液压驱动方式,需要大而笨重的动力源设备完成驱动,存在能耗高、灵活性差等问题。在使用过程中,压力缸柔性体的寿命因频繁的涨缩而变得十分有限,液压油泄露极易造成环境污染;对于气动设备,容易出现因过度使用而导致的漏气等故障。
对于有些使用还原氧化石墨烯作为变形体材料产生热驱动并利用其导电性集成传感网络的柔性关节,其传感网络采用电学原理并暴露在机体外层,易受到工作环境对其产生的不利影响,抗干扰能力较差、电阻引起的较大的电能耗损、电热影响控制精度,易受到破坏。
目前出现的柔性机器人有一类是在软材料中嵌入用于传感,驱动,计算,电力存储和通信的部件,部件冗杂,且大多是将刚性关节嵌入软材料而实现连续柔性运动,也存在使用张力纤维或者流体弹性体作为人工肌腱实现运动。以上缺陷在于各个部件功能单一,导致装置结构复杂,可靠性低,成本高昂。
实现思路