A tactile force/angle perception method for flexible humanoid finger joints

LU Sitong; LI Baichen; YAN Jiya; LI Qiang

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A tactile force/angle perception method for flexible humanoid finger joints

更新时间：2023-01-03

- A tactile force/angle perception method for flexible humanoid finger joints
- Optics and Precision Engineering Pages: 1-8(2023)
- 作者机构：
  
  北方工业大学机械与材料工程学院，北京 100144
- 作者简介：
  
  E-mail： lusitong018@163.com
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TH-39
- Received：16 July 2022，
  
  Revised：17 September 2022，
  
  Published Online：03 January 2023，
- 稿件说明：
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卢思彤,李柏晨,阎吉雅等.柔性仿生手指关节的触觉力/角度感知[J].光学精密工程,

LU Sitong,LI Baichen,YAN Jiya,et al.A tactile force/angle perception method for flexible humanoid finger joints[J].Optics and Precision Engineering,
卢思彤,李柏晨,阎吉雅等.柔性仿生手指关节的触觉力/角度感知[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

LU Sitong,LI Baichen,YAN Jiya,et al.A tactile force/angle perception method for flexible humanoid finger joints[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

摘要

柔性仿生机器人的感知功能实现需要传感器可集成且具备一定的柔性，否则由于顺应性不足很难得到良好应用效果。在本文中，作者将柔性仿生手指作为应用载体，探索一种基于液态导电金属的柔性触觉力/应变感知纤维，可完全贴合载体同时实现手指指尖触觉力和关节角度两个物理量测量。具体来说，本文将液态导电金属注入到一定长度的预制硅胶软管替代常规的微流腔道制作，进而形成管状且可任意变形和布局的柔性传感纤维，实现检测不同的变形物理量（本文中利用其力和应变感知性能），该方法在保证器件柔性和功能性的前提下也极大地降低微流腔道工艺的复杂与繁琐性。最后，测量实验结果表明，基于液态导电金属的柔性传感纤维可嵌入并完全贴合柔性手指结构，并实现对手指的指尖触觉力感知（约1600KPa）和关节角度变化（约60°）同时感知及某一特定力/角度下的准确跟踪，展示了其作为柔性感知单元，可应用在更多类型的柔性或软体类应用载体的巨大潜力。

Abstract

The realization of the sensing function of the flexible bionic robot requires the sensor to be integrated and flexible， otherwise it is difficult to get good application effect due to the lack of compliance. In this paper， the author takes the flexible bionic finger as the application carrier to explore a flexible tactile force/strain sensing fiber based on liquid conductive metal， which can completely fit the carrier to measure the tactile force of finger tip and joint Angle. Specifically liquid conductive metal is injected into a prefabricated silicone hose of a certain length instead of conventional microfluidics， so as to form flexible sensing fibers that are tubular and can be arbitrarily deformed and arranged， thus realizing the detection of different deformation physical quantities （in this paper， its force and strain sensing properties are utilized）. This method can greatly reduce the complexity of microfluidic channel process while ensuring the flexibility and functionality of the device. In the end， The experimental results show that the flexible sensing fiber based on liquid conductive metal can be embedded and fully fit the flexible finger structure， and realize the sense of tactile force and joint Angle change of the finger simultaneously and accurate tracking at a particular force/angle， demonstrating its role as a flexible sensing unit. It has great potential to be applied to more types of flexible or software application carriers.

关键词

Keywords

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