【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及柔性机器人领域，尤其涉及一种光驱动感知一体化柔性关节及其光路系统。
技术介绍
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
技术实现思路
1、本专利技术主要目的在于提供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，可以实现极高集成度的驱动感知一体化光驱动柔性关节的设计，以精简的结构完成驱动感知一体化的关节运动。
2、本专利技术所采用的技术方案是：
3、
4、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；
5、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。
6、接上述技术方案，多模光纤嵌置位置为靠近光热转换弹性体弧形关节状的大半径一侧。
7、接上述技术方案，用于光热转化的材料为具有光热效应的金纳米颗粒、碳纳米管或者氧化石墨烯粉末。
8、接上述技术方案，光纤布拉格光栅的反射峰波长范围为1550～1630nm，长度为1～15mm，反射率至少为90％。
9、接上述技术方案，多模光纤在光热转换弹性体内部处于偏心状态，偏心量的范围为0～375μm，柔性关节的致动效果随偏心量的增大而变优。
10、接上述技术方案，光热转换弹性体的材料为具有大热膨胀率和小比热容的材料。
11、接上述技术方案，光热转换弹性体的材料包括但不限于环氧树脂或者聚酰亚胺塑料。
12、接上述技术方案，多模光纤与光热转换弹性体的热膨胀系数不同，发生温度变化时，光热转换弹性体因内部产生不均衡的热应力而发生弯曲。
13、接上述技术方案，多模光纤的纤芯外还设有包层和涂覆层，其中纤芯直径为105μm，包层直径为125μm，涂覆层直径为250μm。
14、本专利技术还提供一种光驱动感知一体化柔性关节的光路系统，包括柔性关节、1*3光分路器、高功率激光器和传感组件，其中，传感组件包括可调谐激光器、光功率计和光隔离器，高功率激光器与1*3光分路器的第一分路端口连接；光隔离器的输入端连接可调谐激光器，光隔离器的输出端与1*3光分路器的第二分路端口连接；光功率计与1*3光分路器的第三分路端口连接，柔性关节与1*3光分路器的合路端口连接，其中柔性关节为上述技术方案所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节。
15、本专利技术产生的有益效果是：本专利技术利用光纤布拉格光栅实现柔性关节的弯曲曲率传感，将多模光纤偏心嵌入光热转换弹性体，光热转换弹性体内含有能够进行光热转化的材料。在激光的照射下，柔性关节产生温度变化，光热转换弹性体和多模光纤组成的偏心结构会因温度变化产生弯曲变形，光纤光栅对于应变和温度的变化具有较好的线性度和较高的灵敏度，完全可以满足对关节状态的实时监测。本专利技术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，结构精简，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。
16、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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1.一种基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，包括多模光纤和光热转换弹性体，其中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；
2.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤嵌置位置为靠近光热转换弹性体弧形关节状的大半径一侧。
3.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，用于光热转化的材料为具有光热效应的金纳米颗粒、碳纳米管或者氧化石墨烯粉末。
4.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，光纤布拉格光栅的反射峰波长范围为1550～1630nm，长度为1～15mm，反射率至少为90％。
5.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤在光热转换弹性体内部处于偏心状态，偏心量的范围为0～375μm，柔性关节的致动效果随偏心量的增大而变优。
6.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，光
7.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，光热转换弹性体的材料为环氧树脂或者聚酰亚胺塑料。
8.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤与光热转换弹性体的热膨胀系数不同，发生温度变化时，柔性关节因内部产生不均衡的热应力而发生弯曲。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤的纤芯外还设有包层和涂覆层，其中纤芯直径为105μm，包层直径为125μm，涂覆层直径为250μm。
10.一种光驱动感知一体化柔性关节的光路系统，其特征在于，包括柔性关节、1*3光分路器、高功率激光器和传感组件，其中，传感组件包括可调谐激光器、光功率计和光隔离器，高功率激光器与1*3光分路器的第一分路端口连接；光隔离器的输入端连接可调谐激光器，光隔离器的输出端与1*3光分路器的第二分路端口连接；光功率计与1*3光分路器的第三分路端口连接，柔性关节与1*3光分路器的合路端口连接，其中柔性关节为权利要求1-9中任一项所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节。
...【技术特征摘要】
1.一种基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，包括多模光纤和光热转换弹性体，其中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；
2.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤嵌置位置为靠近光热转换弹性体弧形关节状的大半径一侧。
3.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，用于光热转化的材料为具有光热效应的金纳米颗粒、碳纳米管或者氧化石墨烯粉末。
4.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，光纤布拉格光栅的反射峰波长范围为1550～1630nm，长度为1～15mm，反射率至少为90％。
5.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，多模光纤在光热转换弹性体内部处于偏心状态，偏心量的范围为0～375μm，柔性关节的致动效果随偏心量的增大而变优。
6.根据权利要求1所述的基于光热效应的光驱动感知一体化柔性关节，其特征在于，光热转换弹性体的材料为具有大热膨胀率和小...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋涵，程乃岐，李佳润，任云浩，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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