5、医疗与机器人领域的触觉传感器创新技术

医疗与机器人领域的触觉传感器创新技术

在医疗和机器人领域，触觉传感器的应用至关重要。本文将介绍两种不同类型的触觉传感器：集成在支气管镜末端的FBG触觉传感器和具有磁触觉感知的软拟人手指传感器，深入探讨它们的设计、原理、验证及优势。

集成在支气管镜末端的FBG触觉传感器

• 传感器设计
  • 该传感器是为支气管镜设计的，可集成到外径仅6mm的柔性或刚性支气管镜末端，最大程度保留了现有支气管镜的功能，同时嵌入FBG来检测接触力的大小和接触位置。
  • 采用三明治设计，由端盖、PDMS可变形层和中间板三层组成。4个悬浮的FBG布置在中间柔性层，为减少摩擦和提高灵敏度，光纤采用悬挂布置而非嵌入柔性层。
• 检测原理
  • 基本原理 ：FBG对能引起其波长变化的参数敏感，如应变、温度、弯曲等。当外力作用于传感器时，中间柔性层变形，带动内部光纤产生应变，通过FBG不同的波长变化可计算出力的位置和大小。
  • 反射条件 ：当宽带光源的光注入光纤时，会反射特定的布拉格波长，条件为(\lambda = 2n_{eff}\Lambda)，其中(\lambda)是反射的布拉格波长，(n_{eff})是光纤芯的有效折射率，(\Lambda)是折射率变化的周期性。
  • 波长变化关系 ：当FBG受到扰动导致光栅周期性或芯的有效折射率变化时，反射的布拉格波长也会变化，