Polymer-Based Self-Calibrated Optical Fiber Tactile Sensor

要約

人間の皮膚は、さまざまなサイズの物体と接触したときに、自己分離された法線力とせん断力を正確に感知できます。
ロボット アプリケーションには、法線力とせん断力を切り離すことができる柔らかく適合性のある触覚センサーが多数存在しますが、接触している物体のサイズが力のキャリブレーション モデルに与える影響は一般的に無視されてきました。
ここでは、ソフト光ファイバー コアの光パワー損失から接触力を導き出すことができるという原理を使用して、法線力とせん断力を切り離し、物体のサイズに基づいて測定結果を較正するソフト触覚センサーを提示します。
層状に編まれたポリマーベースの光ファイバー異方性構造は、柔らかいエラストマーに埋め込まれています。
光ファイバーの異方性応答に基づいて、接触物体のサイズを同時に測定するための線形較正アルゴリズムを開発し、分離された法線およびせん断力によって物体のサイズを較正しました。
ロボット アームの先端にあるセンサーを調整することにより、ロボットが垂直方向の力で 0.15N、X 軸のせん断力で 0.17N、Y 軸のせん断力で 0.18N の平均精度で力ベクトルを再構築できることを示します。
、すべての方向で0〜2Nの検出範囲内、および5〜12mmの試験圧子直径範囲内で0.4mmの物体サイズ測定の平均精度。

要約(オリジナル)

Human skin can accurately sense the self-decoupled normal and shear forces when in contact with objects of different sizes. Although there exist many soft and conformable tactile sensors on robotic applications able to decouple the normal force and shear forces, the impact of the size of object in contact on the force calibration model has been commonly ignored. Here, using the principle that contact force can be derived from the light power loss in the soft optical fiber core, we present a soft tactile sensor that decouples normal and shear forces and calibrates the measurement results based on the object size, by designing a two-layered weaved polymer-based optical fiber anisotropic structure embedded in a soft elastomer. Based on the anisotropic response of optical fibers, we developed a linear calibration algorithm to simultaneously measure the size of the contact object and the decoupled normal and shear forces calibrated the object size. By calibrating the sensor at the robotic arm tip, we show that robots can reconstruct the force vector at an average accuracy of 0.15N for normal forces, 0.17N for shear forces in X-axis , and 0.18N for shear forces in Y-axis, within the sensing range of 0-2N in all directions, and the average accuracy of object size measurement of 0.4mm, within the test indenter diameter range of 5-12mm.

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