Fiber Bragg grating-based touch-slip sensor for surface roughness detection

光纤布拉格光栅 光学 材料科学 表面粗糙度 光纤传感器 光纤 打滑(空气动力学) 表面光洁度 长周期光纤光栅 塑料光纤 物理 热力学 复合材料
作者
Yachun Wang,Qian Zhang,Hongcheng Liu
出处
期刊:Optics Express [The Optical Society]
卷期号:32 (17): 29749-29749
标识
DOI:10.1364/oe.529816
摘要

To enable humanoid prosthetic hands to accurately identify and grasp objects, a touch-slip sensor based on fiber Bragg grating (FBG) was proposed in this paper. The sensor was designed with a double-layer sensing structure to detect three-dimensional force, sliding information, surface roughness, and compensate for ambient temperature using a reference grating. To analyze the relationship between the sensor surface structure parameters and FBG's vibration signal, the contact sliding model was introduced. By using a finite element simulation, the contact sliding model was validated, and the surface structure parameters of the sensor were determined. A series of experiments were conducted on the sensor’s three-dimensional force detection, temperature calibration, sliding measurement, and surface roughness detection. Using machine learning methods, a regression prediction model was created. The sensor could detect the surface roughness on the sample plate surface more accurately with a maximum error of 8.58×10 −4 . This sensor has the following advantages: a simple structure, low cost, high linearity, and quick response time. It provides a new design solution for the detection of touch-slips on humanoid prosthetic hands.
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