光波导三向力触觉传感系统：有限元建模与实验验证

本文主要探讨了一种创新的基于有限元接触变形的光波导三向力触觉传感系统。随着智能机器人技术的快速发展，对传感器的需求日益精密，特别是对于机器人在抓握和移动过程中所感知的三向力，其精确测量具有重要意义。然而，由于直接检测三向力的复杂性，目前市场上相关的传感器解决方案相对较少。 本文作者刘嘉敏、潘英俊和乔生仁，来自重庆大学光电工程学院，他们将传统的光波导单向力触觉传感技术作为出发点，提出了一种新型的光学波导结构，旨在实现三向力的精确感应。他们运用了有限元分析（FEA）这一强大的数值模拟工具，对新型传感系统的理论模型进行了深入研究，并通过仿真实验验证了这一设计的可行性。 有限元分析是一种数值方法，它将复杂的物理问题分解为许多简单的小单元，通过求解这些单元的行为来模拟整体系统的行为。在这个过程中，作者构建了一个数学模型，用于计算当触觉传感头受到三向力作用时，半圆球触头的相应变形情况。这种模型有助于理解力的分布和传感头的响应，从而确保传感器能够准确捕捉并传输力的三维信息。 为了实证这个理论，作者设计了一套专门的实验传感系统，收集了大量的实验数据。这些数据与理论预测高度吻合，强有力地证明了新提出的光波导三向力触觉传感技术方案在实际应用中的有效性和可靠性。通过结合有限元分析的精确性和实验验证的实用性，本文为机器人领域提供了一种有前景的新型触觉感知技术，有望推动智能机器人技术的发展，提升其感知环境和执行任务的能力。 总结来说，本文的核心贡献在于提出了一种新颖的光波导三向力触觉传感技术，通过有限元分析方法解决三向力检测难题，并通过实验验证了其在实际应用中的潜力。这项研究不仅提升了传感器的性能，也为智能机器人在精细操作和环境适应方面的应用开辟了新的可能。