三维力检测和解的纤维格子传感器为人形假肢手的三维力检测和解

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 传感器技术 传感器技术

背景情况:

• 人形假肢需要先进的感官反来提高灵敏度.
• 精确的三维 (3D) 力传感对于自然的假肢手掌控至关重要.
• 现有的传感器往往缺乏用于假肢应用所需的灵敏度,精度或温度补偿.

研究的目的:

• 设计和开发一个利用纤维布拉格格 (FBG) 技术为人形假肢手的3D力传感器.
• 为了提高传感器的灵敏度和检测正常和剪切力的准确性,同时补偿温度变化.
• 通过校准和脱实验验验证传感器的性能.

主要方法:

• 纤维布拉格格 (FBG) 被封装在聚甲基 (PDMS) 中,以增强强力敏感性和结构完整性.
• 采用有限元模拟来优化传感器的结构参数,以改进3D力检测.
• 对正常 (fZ) 和剪切 (fX/fY) 力量以及温度补偿进行了校准实验.
• 最小方形 (LS) 和反向传播 (BP) 神经网络被用于解3D力数据.

主要成果:

• 优化的传感器设计显示了对3D力量的增强灵敏度.
• 使用LS和BP神经网络的脱方法实现了0.038.0的整体误差.
• 传感器表现出高线性,良好的爬行阻力和快速解能力.
• 除了精确的3D力检测,还成功地实现了对环境温度的补偿.

结论:

• 开发的基于FBG的3D力传感器为假肢手的应用提供了简单而有效的解决方案.
• 传感器在灵敏度,线性和解方面的高性能为假肢手的控制提供了重大进步.
• 这种设计成功地解决了在人形假肢中需要精确的3D力探测和温度补偿的需求.