维普资讯
http://www.cqvip.com
第２卷第３
３
期
仪
器
仪
表
学
报
基 于有 限 元 接触 变 ½ 的光 波导 三 向 力触 觉 传 感 系统
刘 嘉敏
½ 英俊
重庆
乔 生 仁
４０ ４ ）
０ ０ ４
（ 庆 大 学 光 电工 程 学 院
重
摘要
通 过 有 限 元 分 析 方 法 对 一 种 新 型 光 波 导 三 向力 触 觉 传 感 系统 进 行理 论 探 讨 和 仿 真 实 验 ， 出 相 应 的 数 学 模 型 ． 设 计
提
并
专 １的 实 验 传 感 系统 。实 验 数 据 结 果 验 证 了理 论 分 析 ，
½
从而 在理 论 和 实 验 上证 明 了 该 新 型 光 波 导 三 向力 传 感 方 案 的 可行 性 。
关键词
自限元分析
光波 导
力传感
机器』 触觉
、
Ｏ½ ½ ½ ½ ½－ ½ ½½
½½ ½ Ｗ ½ － ½ ½ Ｔ½½ ½－ ½ ½ Ｔ½ ½½ ½ ½ ½ Ｓ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½ － ½ ½ ½½ Ｓ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ＦＥＡ ½ Ｃ½ －
½
½ ½－
½ ½ ½ ½ ½ ½½½
½ ½Ｄ ½ ½
½½
Ｌ½ ½½½ Ｐ ½ Ｙ½½ ½ Ｑ½½Ｓ ½ ½ ½
½ Ｊ½ ½
½ ½ ½½
½ ½ ½ ½½
（ 、½Ｃ ½ ½ ½ Ｏ ½½½½½ ½½Ｅ½ ½½½½ Ｃ½ ½ ½½ ½．
Ｙ½ ½½ ½½ ½ ½ ½½½½½ ½ ½ ½½½， ½ ½ ½½ Ｕ½½ 一Ｃ½ ½ ½½ ０ ０ ４Ｃ½ ½ ）
½
½ ½ ½½ ４ ０ ４ 一 ½½
Ａ½ ½ ½ ½ Ｗ ½½ ＦＥＡ ½ ½ ½．½½ ½ ½ ½½ ½ ½½½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½½½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ —
½½½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½½½ ½ ½½ ½ ½ ½
½½ ½ ½½ ½ ½½ ½½½ ½½½ ½
½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ， ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½
½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½½ ½½ ½½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ． ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½½½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½
½ ½ ½½ ½ ½ ½ Ａ ½ ½½½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ， ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ．
½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½
Ｋ½ ½ ½ Ｆ½ ½½ ½½ ½ ½ ½½ ½ Ｏ½ ½½ ½ ½ ½ ½ Ｆ½ ½ ½ ½ ½ Ｒ½ ½ ’ ½ ½½
½ ½½ ½
½ ½ ½½ ½½½ ½½ ½
½½ ½½ ½ ½½½
½½½½ ½½
½ ½½ ½ ½ ½½
在 平 面 光 波 导 板 上 放 ½ 橡 胶 垫 ， 胶 垫 与 波 导 板 接 触
橡
１ 引
言
的 一 面 制 成 圆锥 或 半 圆球 阵列 ， 胶 垫 不 受 外 力 时 ，
橡
入
射 光 因全 反 射 而 在 波 导 板 内传输 。½ 受到 外 力 Ｆ½ 用
时 ， 胶 垫 下 部 的 圆 锥或 半 圆球 触 头 阵列 将 产 生 ½ 变 ．
橡
在 压 痕 处 ， 于 光 的 全 内反 射 条 件 遭 到 破 坏 而 产 生 光
由
泄 漏 ， 成 光 斑 ． Ｃ 图 像 传 感 器 摄 取 此 光 斑 图 像 并
½
Ｃ Ｄ
经 图像 卡 进 入 计 算 机 进 行 图 像 处 理 ． 而 可 识 别 物 ½
从
的接 触 面 ½ 状 。 对 橡 胶 垫进 行 力学 分 析 ． 得 到 外 力
若
可
Ｆ与 光 斑 面 积 之 间 的 关 系 ，
则这 种 传 感 器 可 检 测 法 向
力 的大 小 ， 在 切 向力 的 检 测方 面 是 无 ½ 为力 的 。
½
智 ½ 机 器 人 的 发 展 对 传 感 器 提 出 了 越 来 越 高 的 技
术 要 求 ， 觉 传 感 ½ 为 机 器 人 的 主 要 传 感 方 式 之 一已
触
越 来 越 受 到 人 们 的关 注 。机 器 人 无论 是 抓 持 或 行 走
均足三向力在发生½用 ， 而在众多的触觉传感器中 ，
然
直 接 检 测 三 向力 具 有 较 』 的难 度 ． 而 三 向 力 传 感 技
½
因
术 的 开 发 研 究 仍 不 多 见 本 文 在 光 波 导 单 向 力 触 觉 传
感 技 术 的 基 础 上， 出 了 一 新 型 的 光 波 导 三 向 力 触
二提
种
觉 传 感 技 术 方 案 ， 利 用 有 限 元方 法 分 析 了三 向 力 触
并
觉 传 感 头 受 力 后 引起 半 圆 球 触 头 变 化 的情 况 ， 立 起
建
相 应 的 数 学 模 型 ， 后通 过 实 验 数 据 对 该 三 向 力 的 计
最
算 公 式 进 行 了验 证 。
２ 传 感 系 统 工 ½ 原 理
光 波 导 单 向 力触 觉 传 感 器 的 原 理 。如 图 １ 示
所
＾
图 １ 光 波 导 单 向 力触 觉 恃感 原理
－
本 文 于 ２０ 年 ½月 收 到 ½ 家 自然 科 学 基金 （ ９８ ０ ７ 资 助 项 目 。
０１
６７ ５ ０ ）
维普资讯
http://www.cqvip.com
仪
器
仪
表
学
报
第 ２３
卷
ＡＮ Ｙ
Ｓ Ｓ的 高级 分 析 技 术 —— ＡＰ） 参 数 化设 计 语 言 ，
Ｉ
Ｉ
通 过 建 立智 ½ 分 析 的 手段 自动 完 成 了繁 杂 而 费 时 的 有
限元分析过程 。
３ １ 非 线 性 有 限 单 元 法 求 解 原 理
．
非 线性 问 题通 常 采 用增 最 分析 法 来求 解 。如 果把
½ 用 的 ½½ 荷 描 述 为时 间 的 卣 数 ． 物 ½ 有 限 元 离 散 系
则
统 的 平 衡 方 程 ½ ½ Ｉ时 刻 可表 示 为 ：
和 —Ａ
Ｐ‘ ½一 ０ Ｐ… ‘ ½ ‘ ０
一
一 ＝
… 。
一
一
、
【）
１
一
式中
Ｐ—— ½ 刻 ½½ 荷 节 点 力 向量
‘
时
½
‘
—— ½ 刻 单 元 麻 力 ½ 的 节 力 向 量
时
超
以 ½时 刻 的解 为 已知 ．
则有 ：
‘
＝
½。 ½ ½ １ 【
。Ｉ Ｌ
：
’１ 光
卅漏
＿½ 洲
½＿
Ｉ
、
＾
½一 ½
‘
½ Ｋ 。
＝
½
（）
２
、
式 中 卜一
一½到 ½ △
一 ½时 间 问 隔 内 由 单元 内 应 力 增 量
引 起 的 点 力增 向量
Ｋ —— ½到 ½ △１ 刻 材 料 和 几 ½ 条 件 的 切 向
时
刚 度 矩 阵
½
—— △
½时 间 问 隔 ½ 的 节 电½ 移 增 量
１
１
由表达式（）（） 得 ：
１ 、 ２
Ｋ
½— ½ ‘ ½
一 ½
（）
３
图 ２ 光 波 导 型 二 同 力触 觉 传 感 系 统
½
½ 光 波 导 型 单 向力触 觉 传 感 器 仅 ½ 测 量 ½ 加 于
于
橡 胶 垫 的 正 力 夫 小 的 局 限 性 ， 文 提 出 了 一 技 术
本
种
新 方 案
， 图 ２所 示 ， 系 统 的 力 敏 元 件 由 硅 橡 胶
如
该
制成 ． 硅 橡 胶 垫 的 一 侧 制 ½ 圆 柱 触 头 阵 列 （ ２
在
图
（） ， 其 另 一侧 制 ½ 半 圆球 触 头 阵列 ， 得 每 个 圆 柱
½）在
½
触 头 下 面 分 布 四个 半 圆 球 触 头 （ ２ ½ ）
图 （ ） 。½ 圆柱 触 头
受 外 力 Ｆ 图 ２½ ） 用 时 ． 应 的 四 个 半 圆 球 触 头 将
（
（） ½
对
受到 挤 压 ，
由于 光 波 导 路 中导 波 的 全 内反 射 条 件 遭 到
破 坏 而 产 生 光 泄 漏 ， 波 导 板 上 ½ 成 光 斑
在
由于 三 个 方
向分 力大 小 不 同 ， 一 个 圆 柱 触 头 而 言 ， 面 的 ４个 半
就
Ｆ
圆球 触 头 与 丙 烯 板 接 触 的 面 积 不 同 ，
因而 ½ 于 丙 烯 板
另 一 面 的 ＣＣ 摄 像 机 所 摄 取 到 的 亮 斑 面 积 大 小 也 不
Ｄ
相 同 ． 图 ３所 示 。
如
求 出 ½ 移 增 量 Ｕ即 可 算 出 ½ ½ 刻 的 ½ 移 ：
＋Ａ 时
½
½ 一 Ｕ‘ ½
＋
（
４）
由 ½ 可 算 出 ½ △ 时 刻 的 应 力 及 ½ 和 Ｋ ．
件
从 而 可 以 马 上 着 手进 行下 一步 的 迭 代 计 算 为 保 证 精
度 ， 取 足够 的选 代 次数 。这 里采 用 Ｎ½ ½ — ½ ½ ½
应
½½½ Ｒ½ ½ ½
算法 ：
Ｋ ． ½ ½
△½ 一 … 一
½ 一 ½二
½
１
＋ －
６
．
½
（）
５
式中
½
—— 迭 代 步 数
½ 初始值正是 ½ 刻的解 ， ：
的
时
即
½＋ ＝ ½‘
½
½ ＝ ½
＿
（）
６
在 迭 代 过 程 中 ，＝ 随 ½ 增 加 而 逐 步 逼 近 Ｐ ． 满
½
的
‘ ½
一
一
每＿
足给定的精度指标时 ． 代终止。
造
本 文 利 用 Ｎ ½½½Ｒ ½ ½½算 法 进 行 求 解 ， ½
½ ½—½½½
很
地 解 决 了非 线 性 问题 中 刚 悻 一 柔 ½ 、
面—— 面 之 间
的接 触 问题
３ ２ 有 限 元 模 型
．
—
‘
≯一
½ 然 ． 终 研 究 对 象 是 圆柱 ½ 和 半 圆球 ½ 眭 头 的
最
½
橡 胶 阵 列 ， 考虑 到 在 一 情 况 下 ． 之 间 的相 互 ½
½
般
角头
图 ３ 随外力而变化 的亮斑面积
用较小 ． ½略 不计 ，
可
所 ， 要 以一 个 圆 柱 触 头 及 其
主
下 面 的 四 ，半 圆球 触 头 为 研 究 对 象 。另 外 卫 考 虑 到 圆
½
柱触头 的中心对称性 ． 及在 ½
以
½平 面 内 － 头 不 管 从
触
几 ½ ½ 状 还 是 材 料 属 性 上 讲 ， ½方 向 和 Ｙ方 向 ½ 具
在
有 完 全 的 ½ 换 对 称性 ．
因此 为 ½ 限 元 分 析 简便 ， 以
有
可
把 半 圆 球 触 头 与光 波导 板 的接 触 问题 ½ 为二 维 平 面 变
３ 有限元分析：
½
本 文 针 对 有 限 元 中 的 接 触 类 非 线 性 问 题 ， 用
应
维普资讯
http://www.cqvip.com
第 ３期
基 于 有 限 元 接 触 变½ 的 光 波 导 三 向 力 触 觉 传 感 系统
Ｆ （½ — ½ ） ＳＬ Ｓ ＋ Ｓ Ｓ ）
一 ½
（
— ２
３
）
Ｆ一（ ．
½ ＋ ½ ）（ 十 Ｓ 一 ½。 ½，
½
．
２５
７
（ ½
７）
（ ½）
７
½ 问 题 分 析 （ 应 的 模 弛 如 图 ４所 示 ） 由 于 半 球 型 橡
相
，
胶触 头的对称性 ，
为简便计 ．
½外 力 Ｆ 与 ½½平 行时 ．
可½ 不 失 一 性 的 假 设 ： Ｓ
般
Ｓ 一 —Ｓ —Ｓ 本 文 采 用
½ （ ＋ ½） Ｓ 十 Ｓ ＋ Ｓ ＋Ｓ ）
Ｆ一 ½
½
（
（ ½
７）
Ａ Ｄ 言澄汁 ½ 段程序 ． 仿真在不 同的 Ｆ 和 Ｆ
Ｐ Ｉ语
½ 用 Ｆ， 及 不 同 的 泊 松 比和 杨 氏模 量 对 接 触 变 ½ 的
½ 响
式中
½ 、 ，½ 、 ½ 和 —— 力的换 算 系数
½、 ½、
它 们 与材 料 的 其 它 属 眭及 固 柱 、 圆球 的 几 ½ 尺
半
寸等 有 关 ， 有 ½ 一½ ½一½ 成 立
且
和 ．
４ 实 验 结 果 分 析
为 ½从 实 验 上论 证 上 述 公 式 的 可 靠性 ， ½ 了 上
＝
制
面为 圆柱 触头 、 面 为半 圆球 触 头 的 橡 胶 垫 （ ２
图
（） ．½ 汁 ½圈 ９所 示 的 实验 系统 避 系统 中外 力 标
½ ）½ 设
定 装 ½ 的 主 ½ 由 分 度 头 和 高精 度 测 力计 组 成 ．
由于 橡
胶 垫 ½ 圆 柞 和 半 圆 球 阵列 是 对 称 排 列 的 ， 取 合 适
：
的
选
的 Ｘ Ｙ坐 标 ， 认 为 Ｆ Ｆ 性 质 一 致 通 过 台力 分 解 的
、
可
…
疗法 旋 ½ 分 度头 取 坐 标 ½ 加 Ｆ 与 Ｆ 的 合 力 ，
选
由分
度 头 获 得 两 分 力 夹 角 ０旋 ½ 微 调 螺 钉 ½ 加 台 力 Ｆ 从
，
．
高 精 度 测 力 计 上 读 得 Ｆ的 大 小 ，
由此 可 计 算 出 Ｆ
…Ｆ
为 方 便 叙 述 ， Ｓ一Ｓ ＋Ｓ ＋½＿Ｓ
令 ． 。＿ Ｓ －Ｓ －Ｓ＋Ｓ
Ｓ ½ 则 表 示 橡 胶 触 头 阵列 中所 有 面 积 和
Ｓ
分 废
图 ９ 实 验 系统 示 意
４１ Ｆ 与 ½
． ½
½
在 仅 有 Ｆ ½ 田的 情 况 下 分 别 用硬 、 橡 胶 垫 进 行
，
½
实 验 ， 橡 胶 ： ． ９ Ｓ Ｒ 一 ０ ９３ ， 橡 胶 ：
硬
Ｆ 一２ ½ ４ ． ９ ７ ½
Ｆ
一
Ｌ ３ １ Ｒ 一 ０ ９ ６ 。 所 得 数 据 结 果 如 图 １
７Ｓ½ ． ９ ８
０所 示
可 见 Ｆ 与 Ｓ 始终 成 线 性 正 比关 系 ． 且 相关 系 数均 大
而
６ Ｈ有 Ｆ ½ 用
图７ Ｆ
和 Ｆ 同 时½ 用
图 ８ 接 啦 部 分 变 ½ 前 后 对 比图
【
½½
通 过 上分析 和 假 歧 ． 合 线性 回 ½理 论 ， 导 出
＝
＝
结
推
０ 硬橡Ｉ ◆
½
童
½檬睦
½ ½ 碰橡 胶） —— 线性 ，
￣ ½：
鞋橡
外力 Ｆ的 ½个分量 Ｆ
…Ｆ、
Ｆ 与四个光斑 的面积 Ｓ …
．
Ｓ
Ｓ
…Ｓ 之 问 存 在 着 如 ½ 系 ：
关
图 １ Ｆ 与 ½ 之 间 的关 系
Ｏ
维普资讯
http://www.cqvip.com
２６
７
仪
器
０
仪
Ｏ
表
末
Ｏ
学
报
第 ２ 卷
３
于 ０ ９ ， 而验 证 了式 （ ½
．９从
７）
４２ Ｆ 与 ½
． 。
４４ 泊松比 ½
．
上述分 析 已表 明 Ｆ 、
Ｆ 分别 与 Ｓ、 线性正 比
Ｓ 成
关系 ． 妨假设对应系数分别 为 ½
不
…½， ½ 需 验 证 ½ 、
则 ½
。
½ 与 是 否成 线 性 关 系
，
在 Ｆ 分 别取 Ｉ 和 ２ 的情 况下 用 硬 、 橡胶 垫进
Ｎ
Ｎ
½
行 实验 ， 橡 胶 （ １ ： １ ９ ９８ ： ． ９ ；
硬
Ｆ
Ｎ）Ｆ ＝ ． ５４ 。Ｒ ＝Ｏ ９ ２ 硬
橡 胶 （ Ｎ）Ｆ ＝ １ ９ ６ Ｒ ＝０ ９ ４ ；
Ｆ 竺２ ： ． ５８ ． ７ ９ ½橡 胶 （
Ｆ＝
１ ： １５ ５８ ； ０ ９ ４ ； 橡 胶 （ ２ ：
Ｎ）Ｆ 一 ． ６ ８ Ｒ ＝ ． ８ ９ ½
Ｆ ＝ Ｎ） Ｆ
＝ １５ ９ ８： ． ７ ９
． ５ ４ Ｒ 一０ ９ ７ 。所得 数 据结 果 如 图 ½ 所 示 ：
½
可 见不论 Ｆ
如 ½变 化 ，
始终与 Ｓ
成线 性 正 比关 系 且
而
平 均相 关系 数大 于 ０ ９ ，
． ７ 从而验 证 了式 （ ½ 。
７ ）
４ ４ １ ½ 与
． ．
２００ ；
． ９ ５ Ｒ
分 别 在 Ｆ 一 Ｉ ½ 一 一 １ ２ ２Ｆ
Ｎ；
．９３ ＋
０ ９ ７ ；Ｆ
． ８ ７ ＝ ２ ；½ ＝ 一 １ ２ ２ ½ ＋
Ｎ
，
．９１
２ ０ １ ½ 一０ ９ ３
． ８ Ｒ。 ． ８ ６两 种情 况 Ｆ考 察 ½ 随 泊松 比 所
７
发 生 的变 化 ． 果 如 图 ½ 。 见 ， 与 始 终 存在 线 性
结
３ 可
½
关 系， 平均相关系数在 Ｏ ９
且
． ８以上
：
一
０ 槿脏 （½ Ｌ ）●
Ｆ＝Ｎ
…
Ｓ…
½
＿
一
吐性（
橡睦 ½ ）
½
线性½
½拇擦 ．
２‘５
： —
½—— —
确挫 比
½
½
．
橡脞 （ ２ ）
Ｆ Ｎ
０ Ｆ Ｎ ◆ Ｆ ＝ Ｎ
½
½２
． 线 性 ㈨ 一
Ｉ ＝
◆辑橡腔 （ Ｉ）▲ ½擞腔 （ ２ ½
Ｆ
【 Ｎ
线 （ 像肚・ ＝ 、
½
½
½
巳
Ｆ ½ 、一
½½
…
Ｅ ½捌府（ 、
性½
½
】
图 １ ½ 之间的关系
３ ；与
图 １ Ｆ
１
Ｓ
之 的 关 最
４ ４ ２ ½ 与
． ．
２ ８ ２ Ｒ
． ５ ５；
分 别 在 Ｆ ＝ ０ Ｉ ½一 一２ ９ ６½
．Ｎ；
．２５ ＋
４３ Ｆ 与 Ｓ
．
０９０ Ｆ
． ８ ３； 一 ０ ２ ；½
Ｎ
＝ 一 ２ ９１ ６ ＋
． ９½
以 上只 是 对 单 十 圆 柱 触 头 进 行 分 析 ， 果 很 令 人
结
满 意 。 么 对 于 圆 柱 触 头 阵 列 又 怎 样 呢 ？为此 ， 门对
那
专
½ ½ 干 ８ 柱 触 头 阵 列 （ 、 两种 橡 胶 ） 的 Ｆ与
½
½ ½８圆
硬 ½
上
Ｓ 的 关 系 进 行 了实 验 ， 像 胶 ： ０ ６ ２ ８ Ｒ 一
硬
Ｆ ＝ ．２ ９
０ ９ ２ ； 橡 胶 ： ． ４ ８ Ｒ ＝ ０ ９ ９ 。 ４十 圆柱
．９８½
Ｆ 一０ ４ ８ ８ ． ８ ４
触 头 ， 个 圆柱 社 头 下 面 有 ４ 半 圆球 触 头 ，
每
个
总共 就 有
１
６个半 圆球 触 头 ，
因而 可 ½ 成 １
６十光 斑 （ 为这 １
½即
６
个 面 积 之 和 ） 分 析 结 果 如 图 ½ ， 见它 们也 ½ 与表 达
。
２可
式 （½ 很 ½ 地 吻 合 ， Ｓ 成 正 比关 系 。
７）
Ｆ与
２ ８ ½ ． ８ ２ 种情 况 下 考 察 ½ 随 泊 橙 比 所
． Ｊ ３Ｒ 一０ ９ １ 两
６
发 生 的 变 化 、 果 见 图 １ 。 见 ，
结
可
４
½ 和 始终 存在 线 性
关系 ， 平均相关系数也在 ０９
且
． ８以上
２
２
１
＿９
１６
．
１
３
１
½
Ｏ ２
５
½ ５
３
０ ４
５
½ ５
５
泊社 比
½
½ Ｆ ＝ Ｎ ◆ ½ ＝ Ｎ
½０ Ｉ
½０２
纯性旷
一
线性Ｌ ）
½
＊½
图 １ ½ 和 之 间 的关 系
４
５ 结
０
论
瓤
½ ½ 咖
¨，
本 文 根 据 有 限 元 分 析 理 论 ， 光 波 导 三 向 力 触 觉
为
一 线性 蛸￡
＋ 腔、
◆ 嘎脞
½嗨腔
— — 线性 ½ 橡腔）一
传 感 系 统 的 可 靠 性 建 立 了相 应 的 数 学 模 型 ， 通 过 专
并
½ 设 计 的 实 验 系 统进 行 验 证 ， 析 表 明 理 论 和 实 验 具
１
分
有 相 ½ ½ 的 一 致 性 。下 一 步 将 继 续 对 模 型 中 的 系 数
图 １ Ｆ 与 ８ 之 间的 关 系
２
½ 、 ½ 、 ½ 和 ½ 进 行 深 入 分 析 。 过 表 达式 （ ）
½ 、 ½、
通
７，
可 以 很 容 易 地 利 用 光斑 面 积计 算 出 圆柱 触 头所 受 到 的
维普资讯
http://www.cqvip.com
第３
期
基于有限元接触变½的光波导三 向力触觉传感 系统
２７
７
外 力 在 各 个方 向上 的分 力 大 小 ， 就 为 智 ½ 机 器 人 的
这
触觉传感提供了一种新方案 。
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ． ＥＥＥ Ｊ ½ ½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½１
½ ½
½ ½ ½ ½
Ｒ½
½½½½ ½ Ｌ½ ½ ½½½½， ９８ ４½
½½½½ Ａ ½½
½
１ ８， ５）： ２½ ４ ．
４７
８３
参 考 文献
１ Ａ． Ｋ½ ½・ Ｍ ． ½ ½ ． ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½
Ａ． ½ Ｒ．
Ｗ ½½ Ｔ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ Ａ½
½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ． ½ ½ ½ ½ —
½
½½ ½ ½， ８５， ５ ： ９½ ６
½½ ½ １
½
½
８½ ４
３
３ ½ 英 俊 ， 果 元 ， 生 仁 ， ．光 波 导 三 向力 触 觉 传 感 技
付
乔
等
术 的研 究 ．仪 器 仪表 学 报 ，０ ０ ２ （ ） ６ ３ ６
２ ０ ，１ ６ ：１ ½ Ｉ．
７
４ 乔生 仁 ． 英俊 ，
½
刘嘉敏 ， ．光波 导三向力触觉传感 技
等
术及信号处理
光 于学 报 ，００ ２ （ ／６ －６ ．
２０ ．９ Ｉ ：３ ７
５ 王勖成 ，
邵敏 ． 限 单 元 法 基本 原 理 和 数 值 方法 ． 京 ：
有
北
清 华 大 学 出 版 社 ，０ ０
２０．
Ｓ ½½ ½ ½ Ｐ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½
½½½ Ｂ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ —½ ½ ½ ½ ½½ ½½½
½
（ 接 第 ２ ２页 ）
７
采 用 ５自由度 的 微 凋架 结 合 显 微 镜 ½½ 物 台 的½ 动
对 准 装 配 微 透 镜 阵 列 与针 孔 阵 列 组 成 的微 光 学 器 件 ．
并 借助 Ｃ Ｄ 观 察 是 ・ 可 行 有 效 的 方 法 。
Ｃ
种
对 试 验 的 改 进 方 面 ． 果 改 用 具 有 驱 动 功 ½ 的微
如
调 架 ， 通 过 人 机 交 互 方 式 实 现 微 透 镜 阵 列 与 针 孔 阵
可
列装配 ， 高装配效率 。
提
致 谢 ： 谢 四 Ｊ大 学 陈 波 副 教 授 提 供 ½微 透 镜 器
感
½
½
『
件。
用 微 透 镜 阵列 观 察 的结 果 ， ４ ½ 、½ 为 光 源 通 过 调
图 （） （ ）
节 架 通 扎 照 射 到 微透 镜 表 面 并通 过 微透 镜 聚 焦 又 照到
下 面 针 孔 面 后 观 察 到 的结 果 ， （） 透 镜 阵 列 与针 孔
翻 ½微
阵列未对 ½ ， （）
½ ½ 微透 镜 阵列 与 针 扎 阵 列严 格 对 ½ 。
从 上结 果 可 看 出 ，
仅仅 采 用针 孔 阵 列 ． ½ 利 用 率
光
½ ． 过 针 孔 的光 强 ½ ， 利 用 微透 镜 阵 列 ½ 然 对 光 有
通
而
汇 聚 ½ 用 ． 杂 散光 也 比较 多 ， 微 透 镜 阵 列 与针 孔 阵
½
而
列 组 成 的微 光 学 器 件 结 合 丁 两 者 的 优 点 ，
不仅 提 高 了
光 ½ 利 用 率 ， 且滤 除 了 杂散 光 。
而
参 考文献
１ Ｍ Ｖ½ ½
½ ½½， ． ½½ ½ ½½． ． ． ½½ ½ ½ ．
Ｍ Ｈ½ ½ ½
Ｍ Ｄ Ｅ½ ½， ½ １ ．Ｔ ½ ½
½ ½½ —
½ ½ ½½ ½½½½ —½½ ½ ½ ½ ½ ．½ ½ ½ ½ ½ ½—
½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½½½½ ½½ ½ Ｊ ½ ½ ½ ½Ｏ½½
½
½
½ ½
½ ½Ｓ½½½ ½ ½ ½ ½ ½½， ６８， ８（
½
½½ ½Ａ
½½ １９
５ ５）：
６６１ ６６
½
４
２
Ｇ． ． ½
Ｑ Ｘ½½，Ｔ． Ｃ½ ½ Ｇ． ． ½ ． ½ ½ ½ ½ ½ ½
Ｒ． ½½， Ｓ Ｋ½ ½ Ｒ½ ½ ½
½½ ½ ½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ Ａ½ ½ ½ ½ ½½ Ｌ½ ½ ½ ，
½ ½ ½½ ½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½ ． ½ ½ Ｐ ½ ½½
½
½½ ½
１ ８， ３（
½８ ５ ８）： ½ ７１ ．
７Ｉ
６
８
３
Ｈ½ ½ Ｊ Ｔ½½ ½ ， ½ — ½ ½ Ｕ½ ½ Ｔ½ ½ — ½ ½ ½ ½ ½
½ ． ½ ½ Ｈ½ ½ Ｍ ½½
½
½
½ ． ½ ½ ½ ½½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ － Ａ½
½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ［ ½ ½ ½ ½½ ½
½½½ ½ ½½， ４， ３（
½ ½ Ｏ ½½ Ｉ
９９ ３ ４）： ６７ ５ ．
５ ￣ ７２
４ Ｈ½ ½ Ｊ Ｔ½½½ ， Ｍ ½½ ½ Ｗ ½ ½ ½ Ｄ½ ½½ Ｓ ½
½ ． ½½ ½
½½ ½
½½，
½½½
½½
½½ Ｃ½½½ ½ ［½½½ ½ ½½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½½ ½ ½½½ ½½½
½．
½½
½½½½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ Ｏ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½． ６ ０， ９ Ｉ ： ２
½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½． ½ ½
½ Ｅ½ ½ ½ ½½ ２ ０ ３ （ ） ３
½
３
９
５ 田维 坚 ， 志 华 ， 履 容 ，
丁
郭
等
新方法
一 种 全 场 三 维 共 焦 检 测 的
光 学 学 报 ．９ ８ １ （ ）７ ７ ７ １
１９ ．８ ６ ：½ ½ ６．
６ Ｍ ½½
½½½½½ ＳＨ Ｉ
½ Ｉ
ＨＡ Ｒ Ａ ， ½½½ ½ＳＡ ＳＡ ＫＩ Ｈ ½ ½½ ½ ３
Ｈ ½
． ½½ ½ ½
Ｄ
½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ — ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ —½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½
½
½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ． Ｐ Ｅ， ９ ８， ４ ４ ６ ½ ７ ．
½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ Ｓ Ｉ １ ９ ３ ７ ： ８
５
７ Ｃ ½ ½， ½ Ｌ½ ½ ½， ½ ½½ ，½½． Ｎ½ ½ ½ ½
½ ½ Ｂ Ｇ½ ½ ½ Ｔ½ ½ Ｊ½ ½ ½ Ｉ ． ½ ½½½½ ½
图 ４ 试验 结 果
½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ Ｓ Ｉ １ ９ ， ６ ８： ４
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ． Ｐ Ｅ， ９ ６ ２ ７ １ ２½
½
½
Ｉ ９．
４
４ 结
论
８ Ｃ ½ ½， ½ Ｌ½ ½ ½， ½ ½½ ½ １． ½½ ½ ½ ½½
½ ½Ｂ Ｇ½ ½ ½ Ｔ½ ½Ｊ½ ½，½½ ． Ｒ½½ ½½ —
½
½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½ ½ ½ ½ ½ ½½½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½
½
½
½
微 透镜 阵 列 与针 孔 阵 列 组 成 的微 光学 器 件 可 显著
提 高 光 ½ 利 用 率 ． 除 杂 散 光
滤
½ ½½ ＳＰＩ ， ９９ ２ ６： ０½ ４ ３．
½ ．
Ｅ １ ６， ８６ ４２
２
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论