一种光纤光栅力觉传感器及核电站机器人的制作方法

本实用新型涉及核电站领域，更具体地说，涉及一种光纤光栅力觉传感器及核电站机器人。
背景技术：
：核电设备结构复杂，设备本身或其运行环境具有放射性，同时还兼具水下、高温、高压等特点，利用机器人进行设备检修、乏燃料转运、放射性废物处置和核事故应急处理等工作，可以大幅提高核电站的检修水平或事故处理效率，降低工作人员受照剂量和劳动强度，致力于开发出适应核辐射环境，性能先进、可靠的核电站机器人一直是核工业界追求的目标。现有技术中，力觉传感器是智能机器人的感知部件,安装在机器人的手臂等和末端执行器中间,将感知外界的信息反馈至机器人的大脑计算机,以便控制末端执行器运动的方向和位置,实现机器人自适应调节,完成自动装配等精密作业。现有的力觉传感器原理主要包含以下几种：1)电阻应变传感器：将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件；2)电感式传感器：利用电磁感应(自感、互感)来工作；3)电容式传感器：将非电量转换为电容量，它的核心部分是可变参数的电容器。把被测的机械量，如位移、压力等转换为电容量变化的传感器；4)压电式传感器：是基于压电效应应用的传感器，它的核心部件是压电材料，应用于测量力和能变换为力的非电物理量；核电设备结构复杂，设备本身或其运行环境具有放射性，同时还兼具水下、高温、高压等特点，对用于核电机器人的传感器就有了特殊的要求，通过对国内外传感器的发展现状和核电环境的特殊性，现有技术有以下缺点：1)敏感元件采用电信号输出，容易引起电气和电磁干扰；2)信号处理电路复杂，造价高；3)需为每个传感器供电电路实现困难；4)有些敏感材料不防潮，限制了传感器的应用；5)传感单元较多，电极、引线复杂，导致传感器比较笨重；6)敏感元件、电极电路、弹性体材料在高温、高压、高腐蚀、高辐射的核电特殊复杂环境中可靠性和寿命大大降低，而核电工作环境的特殊性导致了传感器失效后无法及时更换；7)弹性体结构不能满足核电机器人体积小、质量轻、耐冲击的使用要求。技术实现要素：本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种光纤光栅力觉传感器及核电站机器人。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种光纤光栅力觉传感器，包括第一平台、第二平台、光纤、以及至少三根测量杆，其中所述光纤上刻写多个光纤光栅；所述第一平台和第二平台通过所述测量杆连接；所述第一平台、第二平台和测量杆上设置有光纤刻槽，所述光纤沿所述光纤刻槽在所述第一平台、第二平台和测量杆上进行环绕连接。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述光纤通过紧固件固定在所述光纤刻槽内；所述紧固件为橡胶紧固件或胶水紧固件。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，在所述第一平台的周向设置所述光纤刻槽，所述光纤刻槽位于所述第一平台的侧面；在所述第二平台的周向设置所述光纤刻槽，所述光纤刻槽位于所述第二平台的侧面；在所述测量杆的轴向设置所述光纤刻槽。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述测量杆和第一平台的连接点位于所述第一平台的边缘，所述测量杆的光纤刻槽和所述第一平台的光纤刻槽相连通；所述测量杆和第二平台的连接点位于所述第二平台的边缘，所述测量杆的光纤刻槽和所述第二平台的光纤刻槽相连通。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述第一平台与第二平台平行，相邻所述测量杆呈对称分布；所述测量杆上的光纤刻槽位于所述测量杆的外侧。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述传感器包括六根所述测量杆；所述第一平台上对应的六个连接点分为三组，每组两个连接点，三组连接点均匀间隔设置；所述第二平台上对应的六个连接点分为三组，每组两个连接点，三组连接点均匀间隔设置。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述第一平台的三组连接点与所述第二平台的三组连接点间隔设置。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，六根所述测量杆的长度相等；所述光纤上刻有六个所述光纤光栅，所述光纤沿所述光纤刻槽对所述第一平台、第二平台和测量杆进行环绕连接后，每个所述测量杆对应一个所述光纤光栅。优选地，本实用新型所述的光纤光栅力觉传感器，所述第一平台上设置有用于安装传感器的安装孔；和/或所述第二平台上设置有用于安装传感器的安装孔。另，本实用新型还提供一种核电站机器人，包括上述的光纤光栅力觉传感器。实施本实用新型的一种光纤光栅力觉传感器及核电站机器人，具有以下有益效果：该光纤光栅力觉传感器包括第一平台、第二平台、光纤、以及至少三根测量杆，其中光纤上刻写多个光纤光栅；第一平台和第二平台通过测量杆连接；第一平台、第二平台和测量杆上设置有光纤刻槽，光纤沿光纤刻槽在第一平台、第二平台和测量杆上进行环绕连接。本实用新型提供了一种全光型力觉传感器，电绝缘性好，具有良好的抗电磁干扰性能，同时具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学特性，并且体积小、质量轻、生命长，适合核电站工作环境。附图说明下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：图1是本实用新型一种光纤光栅力觉传感器的结构示意图；图2是本实用新型一种光纤光栅力觉传感器的测量流程图。具体实施方式为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。图1是本实用新型一种光纤光栅力觉传感器的结构示意图。具体的，首先光纤光栅(FBG)是一种光无源器件，利用光纤材料的光敏特性在光纤的纤芯上建立的一种空间周期性折射率分布，可以改变或控制光在该区域的传播行为方式。其被测量(例如温度、应力/应变)引起光栅栅距的变化，从而反射峰的中心波长发生移动，通过波长解调系统得到反射峰移动量，即可获得被测量的大小。本实用新型的光纤光栅力觉传感器包括第一平台10、第二平台20、光纤50、以及至少三根测量杆30，其中光纤50上刻写多个光纤光栅；第一平台10和第二平台20通过测量杆30连接；第一平台10、第二平台20和测量杆30上设置有光纤刻槽40，光纤50沿光纤刻槽40在第一平台10、第二平台20和测量杆30上进行环绕连接。可以理解，第一平台10和第二平台20的形状可根据安装需求进行适应性设置，本实用新型对此不做限定。优选地，第一平台10和第二平台20都是圆形平台，且第一平台10的直径大于第二平台20。优选地，本实用新型中第一平台10、第二平台20、以及测量杆30采用具有一定弹性的轻质高强度合金，例如钛合金，满足传感器在机器人在足部行进和指部抓握过程中产生的冲击强度要求。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，光纤50通过紧固件固定在光纤刻槽40内；紧固件为橡胶紧固件或胶水紧固件。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，在第一平台10的周向设置光纤刻槽40，光纤刻槽40位于第一平台10的侧面。在第二平台20的周向设置光纤刻槽40，光纤刻槽40位于第二平台20的侧面。在测量杆30的轴向设置光纤刻槽40。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，测量杆30和第一平台10的连接点位于第一平台10的边缘，测量杆30的光纤刻槽40和第一平台10的光纤刻槽40相连通。因光纤50的弯曲半径不能过小，所以测量杆30的光纤刻槽40和第一平台10的光纤刻槽40的连通部分应平滑过渡。测量杆30和第二平台20的连接点位于第二平台20的边缘，测量杆30的光纤刻槽40和第二平台20的光纤刻槽40相连通。因光纤50的弯曲半径不能过小，所以测量杆30的光纤刻槽40和第二平台20的光纤刻槽40的连通部分应平滑过渡。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，第一平台10与第二平台20平行，测量杆30与第一平台10不垂直，测量杆30与第二平台20不垂直，相邻测量杆30呈对称分布。测量杆30上的光纤刻槽40位于测量杆30的外侧，将光纤刻槽40设置在测量杆30的外侧，方便光纤50进行铺设。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，传感器包括六根测量杆30；第一平台10上对应的六个连接点分为三组，每组两个连接点，三组连接点均匀间隔设置。也就是每组两个连接点之间的距离相等，每组之间的距离相等。第二平台20上对应的六个连接点分为三组，每组两个连接点，三组连接点均匀间隔设置，也就是每组两个连接点之间的距离相等，每组之间的距离相等。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，第一平台10的三组连接点与第二平台20的三组连接点间隔设置。也就是第二平台20的三组连接点在第一平台10上的投影与第一平台10的三组连接点间隔均匀分布。通过该设计，六个测量杆30通过去耦结构与上下平台连接，各测量杆30承受三个不同方向和大小的力/力矩，从而可通过检测六个测量杆的变形实现对空间载荷测量。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，六根测量杆30的长度相等；光纤50上所刻光纤光栅的数量可根据设计需求进行适应性选择，优选地，光纤50上刻有六个光纤光栅，光纤50沿光纤刻槽40对第一平台10、第二平台20和测量杆30进行环绕连接后，每个测量杆30对应一个光纤光栅。可以理解，每个测量杆30对应一个光纤光栅仅是一种实施方式，并不是唯一实施方式，按照本实用新型提供的技术方案，调整光纤光栅数量的都属于本实用新型的保护范围。进一步，本实用新型的光纤光栅力觉传感器，第一平台10上设置有用于安装传感器的安装孔；和/或第二平台20上设置有用于安装传感器的安装孔。可以理解，安装孔的位置和型号可根据具体安装需求确定，本实用新型在此不做限定。进一步，通过实验验证，本实用新型的光纤光栅力觉传感器可达到表1所示的性能指标。可以理解，该性能指标仅为其中某一尺寸传感器的性能指标，根据材料和尺寸的变化，传感器的性能指标会有相应调整。表1性能指标性能指标指标值单位量程±3000N波长范围1510～1590nm最小外形尺寸50＊50＊0mm精度1‰F.S.防水等级IP67参考图2，在使用本实用新型进行测量时，首先建立坐标系，例如三维坐标系：X-Y-Z坐标系，进而分别测量X轴原始数据、Y轴原始数据、Z轴原始数据，进一步通过信号解调将光信号转换为对应的受力/力矩，即X轴受力/力矩、Y轴受力/力矩、Z轴受力/力矩，进而通过预设算法处理X轴受力/力矩、Y轴受力/力矩、Z轴受力/力矩，得到传感器所受的三维力。本实用新型还提供一种核电站机器人，包括上述的光纤光栅力觉传感器。进一步，将传感器设置在机器人的足部、指部等关节处，用于感知接触力、冲击力、形变、位置、弯曲等，并根据理论计算出对应的受力大小和方向。本实用新型提供了一种全光型力觉传感器，电绝缘性好，具有良好的抗电磁干扰性能，同时具有耐水、耐高温、耐腐蚀的化学特性，并且体积小、质量轻、生命长，适合核电站工作环境。以上实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。当前第1页1 2 3