研究目的
设计一种集成软性光学传感的气动人工肌肉，用于估算肌肉收缩长度和收缩力，并评估其在机器人系统中的性能。
研究成果
该研究表明，在机器人系统中使用嵌入光学传感器的充气人工肌肉来估算肌肉收缩长度和力是可行的。这种传感化肌肉为软体机器人系统提供了一种即插即用的解决方案，尽管存在一定局限性，但对许多应用而言其精度可接受。
研究不足
光学传感器易受物理干扰影响，尤其在膜片位置处，这会降低估算精度。压力传感器存在滞后现象，且该设计需保持肌肉张力才能实现精确测量。
1：实验设计与方法选择：
本研究设计了一种集成光学传感器的气动人工肌肉，用于估算肌肉收缩长度和力。该方法采用LED-光电二极管对测量嵌入肌肉的硅胶膜片反射光。
2：样本选择与数据来源：
在无负载和阻塞力条件下对四种不同传感肌肉进行特性测试以校准光学传感器。
3：实验设备与材料清单：
设备包括红外LED、光电二极管、硅胶膜片、凯夫拉线以及用于测试的2自由度机械臂。材料包含铂金固化硅橡胶及黑白硅胶颜料。
4：实验流程与操作步骤：
通过充放气对肌肉进行加压以表征传感器响应。执行阻塞力测试将传感器电压映射至肌肉收缩长度和力。随后使用传感肌肉驱动2自由度机械臂，根据光学传感器测量值估算末端执行器位置和力。
5：数据分析方法：
利用多项式曲面拟合从光学传感器测量值估算肌肉收缩长度和力。根据传感器估算的关节角度和扭矩计算末端执行器位置和力。
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LED
IF E91D
Industrial Fiber Optics, Inc.
To emit infrared light for measuring the light reflected by silicone diaphragms.
-
Photodiode
IF D91
Industrial Fiber Optics, Inc.
To measure the amount of light reflected by the silicone diaphragms.
-
Potentiometer
3312J
Bourns, Inc.
To adjust the light output of the LED.
-
Operational Amplifier
TLV2460
Texas Instruments
To amplify the photodiode signal for measurement by a microcontroller.
-
Solenoid Valves
VQ100 Series
SMC Corp.
For pneumatic pressure control.
-
Diaphragm Pumps
BTC-IIS
Parker Hannifin
To supply pressurized air.
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Force/Torque Sensor
Nano17
ATI Industrial Automation
For ground-truth measurement of end-effector forces.
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