Músculo Artificial Pneumático Embutido com Sensor Óptico para Estimativa de Posição e Força

Este estudo apresenta o design de um músculo artificial pneumático com sensoriamento óptico suave integrado para estimativa do comprimento de contração do músculo e da força de contração. Cada sensor óptico utiliza um par de diodo emissor de luz (LED) e fotodiodo para medir a luz refletida por um diafragma de silicone embutido no músculo. Um diafragma é projetado para responder principalmente a mudanças na pressão do músculo, enquanto o outro é projetado para responder a mudanças no comprimento do músculo. Os sensores musculares foram calibrados medindo a força de contração do músculo em relação ao comprimento para uma gama de pressões musculares fixas e, em seguida, mapeando os dados do sensor óptico para os dados correspondentes de comprimento e força. Para avaliar o desempenho do músculo sensorado em um sistema robótico, dois pares de músculos antagonistas foram usados para acionar um braço planar com dois graus de liberdade. Em vários testes estáticos e dinâmicos, as posições e forças do braço foram estimadas a partir das medições do sensor óptico. As estimativas do sensor óptico para a posição do aplicador final em condições estáticas e dinâmicas yielded erros médios de 1,3 e 1,1 cm, respectivamente. As estimativas do sensor óptico para a força do aplicador final em condições estáticas e dinâmicas yielded erros totais médios de força de 0,16 e 0,12 N para forças máximas do aplicador final de 2,0 e 2,4 N, respectivamente.