CN111975759B - 一种光学传感器嵌入式的人工肌肉及其使用和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光学传感器嵌入式的人工肌肉及其使用和制备方法。目前气动肌肉驱动***的反馈控制主要依赖于外部压力传感器和位置传感器或编码器的使用实现。本发明包括光学压力检测端盖、人工肌肉基体和光学长度检测端盖。人工肌肉基体包括弹性筒身、光长度检测膜片和光压力检测膜片。光压力检测膜片、光长度检测膜片分别固定在弹性筒身内腔的压力检测端、长度检测端。光压力检测膜片的两侧不连通。光长度检测膜片的两侧通过通气孔连通。弹性筒身的内侧面吸光。光压力检测膜片及光长度检测膜片的外侧面反光。本发明通过设计光学传感器来反馈人工肌肉的收缩长度和收缩力，具有重量轻、顺应性好等方面的优势。
Description
技术领域
本发明属于软机器人技术领域，具体涉及一种光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉。
背景技术
由于软机器人的重量轻和顺应性，软机器人领域在可穿戴设备和人机交互方面处于有利地位。对于这样的应用，位置和力的感知对于增强人机交互是至关重要的，由于软体材料的非线性特性，因此在软体***中实现这些功能是一个挑战。目前气动肌肉驱动***的反馈控制主要依赖于外部压力传感器和位置传感器或编码器的使用实现。虽然这适用于一些机器人***，但额外的传感硬件会增加设计的复杂性，并抵消软体机器人在重量轻、顺应性等方面的优势。特别是在可穿戴设备的情况下，外部传感可能会增加佩戴者的体积和负重并抑制其运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉。
本发明一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，包括光学压力检测端盖、人工肌肉基体和光学长度检测端盖。人工肌肉基体的两端分别为压力检测端和长度检测端。光学压力检测端盖、光学长度检测端盖分别安装在人工肌肉基体的压力检测端、长度检测端。人工肌肉基体包括弹性筒身、光长度检测膜片和光压力检测膜片。光压力检测膜片、光长度检测膜片分别固定在弹性筒身内腔的压力检测端、长度检测端。光压力检测膜片的两侧不连通。光长度检测膜片的两侧通过通气孔连通。弹性筒身的内侧面吸光。光压力检测膜片及光长度检测膜片的外侧面反光。光学压力检测端盖的内侧安装有光学压力检测传感器。光学长度检测端盖的内侧安装有光学长度检测传感器。光学压力检测传感器和光学长度检测传感器均能够发射光线，且能够检测接收到的光强度。
作为优选，所述的人工肌肉基体还包括限位圈和加固纤维网。加固纤维网镶嵌在弹性筒身的侧壁内部，将弹性筒身分隔为外筒身和内筒身。依次排列的多个限位圈均镶嵌在弹性筒身压力检测端的侧壁内部，限制弹性筒身的压力检测端的变形。光压力检测膜片位于弹性筒身被限位圈限制的部分的边缘处。
作为优选，所述的加固纤维网和限位圈均凯夫拉尔纤维线缠绕形成。加固纤维网由旋向相反的两组螺旋线交织形成。
作为优选，所述的吸光材料为铂金固化硅胶与黑色有机硅酮颜料的混合物；反光材料铂金固化硅胶与白色有机硅酮颜料的混合物。
作为优选，所述的光学压力检测端盖和光学长度检测端盖均包括结构相同的基础端盖组件。基础端盖组件包括末端连接器、盖体和屏蔽铝板。末端连接器主体呈圆筒状，内端边缘处设置有多个穿线块。各穿线块上均设置有穿线孔。加固纤维网两端的纤维线分别穿过两个末端连接器上的各个穿线孔。盖体固定在末端连接器内。屏蔽铝板固定在盖体的内侧。光学压力检测传感器和光学长度检测传感器结构相同，均包括发光二极管和光电二极管。发光二极管、光电二极管分别安装在对应的屏蔽铝板的两侧。
作为优选，所述光长度检测膜片朝外的侧面边缘处均设置有吸光环；
作为优选，所述光学长度检测端盖的内侧还安装有两根导光件。两根导光件与光学长度检测传感器的发光位置、收光位置。所述的光学压力检测端盖或光学长度检测端盖上设置有气管；气管的两端分别与人工肌肉基体的内腔、气源连接。
该光学传感器嵌入式的人工肌肉的使用方法如下：
步骤一、对光学压力检测传感器和光学长度检测传感器进行校准。
步骤二、在持续检测中使用软体气动人工肌肉进行驱动。
2-1.将软体气动人工肌肉装入机械***中作为动力源；
2-2.光学压力传感器及光学长度传感器中的发光二极管持续呈发散状发出光线，两组光线各自经光压力检测膜片、光长度检测膜片反射，进入光学压力传感器及光学长度传感器中的光电二极管。
2-3通过对软体气动人工肌肉的充放气来驱动软体气动人工肌肉的伸缩。当软体气动人工肌肉缩短时，光长度检测膜片到光学长度传感器的距离减少，进而使得光学长度传感器内的光电二极管检测到的光强度升高，根据光学长度传感器检测到的光强度数值推导出软体气动人工肌肉的当前长度。
当软体气动人工肌肉内的压力升高时，光压力检测膜片向光学压力传感器凸出的幅度增大，进而使得光学压力传感器内的光电二极管检测到的光强度降低，根据光学压力传感器检测到的光强度数值推导出软体气动人工肌肉的当前内部压力。
作为优选，该光学传感器嵌入式的人工肌肉的使用方法的步骤一具体过程如下：
1-1.通过比例阀和电磁阀组合对肌肉内部充入气压递变的气体，气压大小通过气压传感器采集；在整个测试过程中，持续记录该软体气动人工肌肉的长度、内部压力、光学压力检测传感器、光学长度检测传感器内光电二极管检测到的光强度。
1-2.通过离散点拟合，得到光学压力检测传感器检测到的光强度与软体气动人工肌肉内部压力之间的光-压力关系曲线，以及光学长度检测传感器检测到的光强度与软体气动人工肌肉的长度之间的光-长度关系曲线。
该光学传感器嵌入式的人工肌肉的制备方法如下：
步骤一、用竖直设置的圆柱状的内模和筒状的第一外模配合形成用于浇筑内筒身的模腔；第一外模的内侧面设置有网格状突起，内侧面一端端部设置有多圈突起。使用吸光材料浇筑到内模和第一外模之间，形成内筒身；内筒身的外侧面具有网格状沟槽，一端具有多圈环形沟槽。网格状沟槽由多根左旋螺旋线和多根右旋螺旋线交织而成。内筒身外侧面的两端端部均有多个左旋螺旋线与右旋螺旋线的交点。
步骤二、将两个末端连接器套上内模的两端并通过定位销固定，使得末端连接器上的多个穿线孔抵住内筒身端部的多个螺旋线交点。用一根纤维线沿着内筒身上的网格状沟槽缠绕，使得凯夫拉尔纤维线经过网格状沟槽的所有位置，并穿过两个末端连接器的所有穿线孔。再用纤维线绕置出多个限位圈。
步骤三、撤去第一外模，并安装上内径大于第一外模的第二外模；使用吸光材料浇筑到内筒身和第二外模之间，形成外筒身；外筒身完全覆盖纤维线。内筒身和外筒身共同形成弹性筒身；将内模从弹性筒身中取出。此时，弹性筒身内的长度检测端朝下设置。
步骤四、铸造光长度检测膜片：在弹性筒身下方的长度检测端放入带有排气销的第一膜片模具；第一膜片模具的端部边缘处设置有环形凸起；之后在第一膜片模具处通过注射器浇筑反光材料，形成光长度检测膜片；光长度检测膜片固化后，翻转弹性筒身，使得光长度检测膜片外侧面的环形凹槽朝上设置，卸下第一膜片模具，并在光长度检测膜片外侧面的环形凹槽浇筑吸光材料形成吸光环。
步骤五、铸造光压力检测膜片：在弹性筒身下方的压力检测端***端面平整的第二膜片模具；之后在第二膜片模具处通过注射器浇筑反光材料，形成光压力检测膜片。
步骤六、将光学压力检测端盖、光学长度检测端盖完整安装到弹性筒身的两端。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明提供了一种光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉，通过设计光学传感器来反馈人工肌肉的收缩长度和收缩力，与现有的通过外部传感硬件反馈信息的人工肌肉相比，具有重量轻、顺应性好等方面的优势，特别是应用在可穿戴设备的情况下，极大减小了佩戴者的体积和负重，更加轻便。
2、本发明将人工肌肉的内部压力转化为光压力检测膜片的弯曲变形程度，并通过光压力检测膜片反射到光学压力检测传感器的光强度来判断光压力检测膜片的弯曲变形程度，实现人工肌肉的内部压力的检测。
3、本发明将人工肌肉的长度转化为光长度检测膜片到端部的距离，并通过光压力检测膜片反射到光学压力检测传感器的光强度来判断光长度检测膜片到端部的距离，实现人工肌肉的长度检测。
4、本发明的人工肌肉的光学电子元件可以很容易地进出肌肉，可进行拆卸和更换，反复利用性高，极大地降低了成本。并且光学传感器不存在导电液体传感器常见的氧化或泄漏问题，安全性高。
5、本发明的人工肌肉应用面广，克服了软体材料的非线性特性，可适用于机械臂、软体机器人、医疗康复设备等领域。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明膨胀后的侧面示意图；
图3为本发明的***示意图；
图4a为本发明中人工肌肉基体的内部结构示意图；
图4b为本发明中光长度检测膜片的结构示意图；
图5为本发明中光长度传感器端盖的***图；
图6为本发明中光压力传感器端盖的***图；
图7为本发明从初始状态到膨胀状态的原理图；
图8为本发明制备方法的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和2所示，一种光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉，包括光学压力检测端盖1、人工肌肉基体2和光学长度检测端盖3。人工肌肉基体2呈圆筒状，充入气体后将沿着径向膨胀且长度缩短。人工肌肉基体2的两端分别为压力检测端和长度检测端。光学压力检测端盖1、光学长度检测端盖3分别安装在人工肌肉基体2的压力检测端、长度检测端，分别用于检测人工肌肉基体2内部的压力、总体长度。
如图3和4a所示，人工肌肉基体2包括弹性筒身4、限位圈5、加固纤维网6、光长度检测膜片8和光压力检测膜片7。加固纤维网6镶嵌在弹性筒身4的侧壁内部，将弹性筒身4分隔为外筒身4-1和内筒身4-2。外筒身4-1与内筒身4-2通过两次浇筑形成，紧密固定在一起。加固纤维网6能够增大人工肌肉基体2的强度，并避免人工肌肉基体2的局部大幅度变形。依次排列的四个限位圈5均镶嵌在弹性筒身4压力检测端的侧壁内部，限制弹性筒身4的变形，使得弹性筒身4的压力检测端在充气前后的形状保持不变。加固纤维网6和限位圈5均凯夫拉尔纤维线缠绕形成。加固纤维网6由旋向相反的两组八线螺旋线交织形成，且由一根纤维线缠绕形成。
如图4a和4b所示，光压力检测膜片7、光长度检测膜片8分别固定在弹性筒身4内腔的压力检测端、长度检测端，且均与端部有距离，为光线的传播和反射留出空间。光压力检测膜片7位于弹性筒身4被限位圈5限制的部分的边缘处，不会随着弹性筒身4膨胀而被撑开；光压力检测膜片7将弹性筒身4分隔为两个独立的腔室，该两个腔室内的压力可以不同，故光压力检测膜片7会随着弹性筒身4内部压力的变化而发生凹凸变形。
光长度检测膜片8的边缘处开设有通气孔13，使得光长度检测膜片8两侧的压力保持一致，故光长度检测膜片8会随着弹性筒身4膨胀而被撑开，不会随着弹性筒身4内部压力的变化而发生凹凸变形。光长度检测膜片8朝外的侧面边缘处均设置有吸光环12；弹性筒身4及吸光环12均采用吸光材料。光压力检测膜片7及光长度检测膜片8均采用反光材料。由于气腔膨胀时光长度检测膜片8与弹性筒身4内壁接触的部分会产生不可控变形，故吸光环12能够减少不可控变形处反射给光电二极管14-215的反射光量，从而改善传感器的响应效果；
吸光材料为铂金固化硅胶(Smooth-On Dragon skin)与黑色有机硅酮颜料(SilcPig)的混合物，能够在极大程度上吸收光线(红外光)，减少光学反射率，并阻止环境红外光影响光学传感器光信号；反光材料铂金固化硅胶与白色有机硅酮颜料的混合物，能够最大限度地提高膜片的光学反射率。吸光材料及反光材料中的硅酮颜料的质量分数均为3％
如图5和6所示，光学压力检测端盖1和光学长度检测端盖3均包括结构相同的基础端盖组件。基础端盖组件包括末端连接器9、盖体10和屏蔽铝板11。末端连接器9主体呈圆筒状，内端边缘处设置有八个穿线块。八个穿线块上均设置有穿线孔。加固纤维网6两端的纤维线分别穿过两个末端连接器9上的各个穿线孔，实现光学压力检测端盖1及光学长度检测端盖3与人工肌肉基体2的固定。盖体10固定在末端连接器9内，用于封闭人工肌肉基体2的端部。屏蔽铝板11固定在盖体10的内侧，将盖体10的内侧分隔出互不干扰的发光区和收光区。末端连接器9的侧壁开设有用于人工肌肉铸造时模具的定位的定位孔16。盖体10的外侧面设置有封闭板17。
光学压力检测端盖1、光学长度检测端盖3内分别安装有光学压力检测传感器14、光学长度检测传感器15。光学压力检测传感器14和光学长度检测传感器15结构相同，均包括发光二极管14-1和光电二极管14-2。发光二极管14-1、光电二极管14-2分别安装在对应的屏蔽铝板11的两侧。屏蔽铝板能够阻止在发光二极管14-1侧面发射的光直接进入光电二极管14-2。发光二极管14-1用于发出光线；光电二极管14-2用于接收和检测光压力检测膜片7或光长度检测膜片8的反射的光线的强度，并根据接收到的光强度判断人工肌肉的内部压力和长度。
光学长度检测端盖3的内侧还安装有两根导光件18。导光件18采用光导纤维。两根导光件18与光学长度检测传感器15内的发光二极管14-1、光电二极管14-2分别对齐，以延长光学长度检测传感器15的光源发散点，从而避免气腔膨胀时端盖附近肌肉拉伸不均匀，而导致光线传播受阻。
光学压力检测端盖1或光学长度检测端盖3上设置有气管19；气管19的两端分别与人工肌肉基体2的内腔、气源连接，实现人工肌肉基体2的充放气，从而实现人工肌肉的驱动。
如图7所示，本发明的检测原理如下：
当人工肌肉基体2因充入气体或外部负载变化的原因导致整体长度发生缩短时，人工肌肉基体2除被限位圈5限制的位置以外的部分等比例缩短，此时，光长度检测膜片8到光学长度传感器的距离减少；由于光电二极管14-2发出的光线呈发散状射出，故光线传播的距离越远，则光线覆盖的范围越大，单位面积的光强度越小，故当光长度检测膜片8到光学长度传感器的距离减少时，光线的传播距离减小，光电二极管14-2检测到光强度增大(即光学长度传感器接收到的光强度与人工肌肉基体2的长度之间是单调递减函数的关系)；依据该关系能够计算出人工肌肉基体2的长度。
当人工肌肉基体2因充入气体或外部负载变化的原因导致内部气压发生增大时，光压力检测膜片7两侧的压力差增大，光压力检测膜片7凸向光学压力传感器的幅度增大，即光压力检测膜片7外凸面的曲率增大；光学压力传感器射出的光线在光压力检测膜片7反射时更加趋于分散，使得，光电二极管14-2检测到光强度减小(即光学压力传感器接收到的光强度与人工肌肉基体2的内部压力之间是单调递增函数的关系)；依据该关系能够计算出人工肌肉基体2的内部压力。
该光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉的使用方法如下：
步骤一、对光学压力检测传感器14和光学长度检测传感器15进行校准。
1-1.对该软体气动人工肌肉进行多组空载测试，以表征光学长度传感器和压力传感器的响应，以及肌肉收缩范围。将光学压力检测端盖1悬吊，使得人工肌肉基体2竖直设置，光学长度检测传感器15固定在肌肉自由端。
1-2.通过比例阀和电磁阀组合对肌肉内部充入气压递变的气体(并在加压前预加载到1个标准大气压，以消除测试设置中的任何松弛)，气压大小通过气压传感器采集；在整个测试过程中，持续记录该软体气动人工肌肉的长度、内部压力、光学压力检测传感器14、光学长度检测传感器15内光电二极管14-2检测到的光强度。
1-3.通过离散点拟合，得到光学压力检测传感器14检测到的光强度与软体气动人工肌肉内部压力之间的光-压力关系曲线，以及光学长度检测传感器15检测到的光强度与软体气动人工肌肉的长度之间的光-长度关系曲线。后续检测过程中将光学压力检测传感器14、光学长度检测传感器15检测到的光强度，分别在光-压力关系曲线、光-长度关系曲线上取点，即可得到对应的软体气动人工肌肉的长度、内部压力。
1-4.对该软体气动人工肌肉进行了阻塞力测试，以表征肌肉收缩力与长度的关系。为了测量力，肌肉连接到一个机械测试***中，光学长度检测端盖3固定在测试台底座，光学压力检测端盖1连接机械推杆，之间接有压力传感器测试采集推杆力，也就相当于肌肉收缩力；在每次测试中，机械推杆以一定的速度推压肌肉，肌肉内气压一定，记录肌肉收缩力和长度的关系；依次改变气压，重复实验后成功标定校准。
步骤二、在持续检测中使用软体气动人工肌肉进行驱动。
2-1.将软体气动人工肌肉装入机械***中作为动力源；
2-2.光学压力传感器及光学长度传感器中的发光二极管14-1持续呈发散状发出光线，两组光线各自经光压力检测膜片7、光长度检测膜片8反射，进入光学压力传感器及光学长度传感器中的光电二极管14-2。
2-3通过气源的对软体气动人工肌肉的充放气来驱动软体气动人工肌肉的伸缩。当软体气动人工肌肉缩短时，光长度检测膜片8到光学长度传感器的距离减少，进而使得光学长度传感器内的光电二极管14-2检测到的光强度升高，根据光学长度传感器检测到的光强度数值和步骤一所得的光-压力关系曲线得到软体气动人工肌肉的当前长度。
当软体气动人工肌肉内的压力升高时，光压力检测膜片7向光学压力传感器凸出的幅度增大，进而使得光学压力传感器内的光电二极管14-2检测到的光强度降低，根据光学压力传感器检测到的光强度数值和步骤一所得的光-长度关系曲线得到软体气动人工肌肉的当前内部压力。
如图8所示，该光学传感器嵌入式的软体气动人工肌肉的制备方法如下：
步骤一、用竖直设置的圆柱状的内模20和筒状的第一外模21配合形成用于浇筑内筒身4-2的模腔；第一外模21的内侧面设置有网格状突起，内侧面一端端部设置有四圈突起。使用吸光材料浇筑到内模20和第一外模21之间，形成内筒身4-2；内筒身4-2的外侧面具有网格状沟槽，一端具有四圈环形沟槽。网格状沟槽由八根左旋螺旋线和八根右旋螺旋线交织而成。内筒身4-2外侧面的两端端部均有八个左旋螺旋线与右旋螺旋线的交点。
步骤二、将两个末端连接器9套上内模20的两端并通过定位销固定，使得末端连接器9上的八个穿线孔抵住内筒身4-2端部的八个螺旋线交点。用一根凯夫拉尔纤维线沿着内筒身上的网格状沟槽缠绕，使得凯夫拉尔纤维线经过网格状沟槽的所有位置，并穿过两个末端连接器9的所有穿线孔。再用凯夫拉尔纤维线绕置出四个限位圈5。
步骤三、撤去第一外模21，并安装上内径大于第一外模21的第二外模22；使用吸光材料浇筑到内筒身4-2和第二外模22之间，形成外筒身4-1；外筒身4-1完全覆盖凯夫拉尔纤维线。内筒身4-2和外筒身4-1共同形成弹性筒身4，硅胶固化后，拔出定位销，将内模20从弹性筒身4中取出。此时，弹性筒身4内的长度检测端朝下设置。
步骤四、铸造光长度检测膜片8：在弹性筒身4下方的长度检测端放入带有排气销23的第一膜片模具24；第一膜片模具24的端部边缘处设置有环形凸起；之后在第一膜片模具24处通过注射器浇筑反光材料，形成光长度检测膜片8；光长度检测膜片8固化后，翻转弹性筒身4，使得光长度检测膜片8外侧面的环形凹槽朝上设置，卸下第一膜片模具24，并在光长度检测膜片8外侧面的环形凹槽浇筑吸光材料形成吸光环12。最后，取出排气销23。
步骤五、铸造光压力检测膜片7：在弹性筒身4下方的压力检测端***端面平整的第二膜片模具25；之后在第二膜片模具25处通过注射器浇筑反光材料，形成光压力检测膜片7；固化后卸下第二膜片模具25。
步骤六、修补注射浇筑时在弹性筒身4上留下的孔洞；将光学压力检测端盖1、光学长度检测端盖3完整安装到弹性筒身4的两端；并通过吸光材料对弹性筒身4与光学压力检测端盖1、光学长度检测端盖3的连接处进行密封。
Claims (10)
1.一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，包括人工肌肉基体(2)；其特征在于：还包括光学压力检测端盖(1)和光学长度检测端盖(3)；人工肌肉基体(2)的两端分别为压力检测端和长度检测端；光学压力检测端盖(1)、光学长度检测端盖(3)分别安装在人工肌肉基体(2)的压力检测端、长度检测端；人工肌肉基体(2)包括弹性筒身(4)、光长度检测膜片(8)和光压力检测膜片(7)；光压力检测膜片(7)、光长度检测膜片(8)分别固定在弹性筒身(4)内腔的压力检测端、长度检测端；光压力检测膜片(7)的两侧不连通；光长度检测膜片(8)的两侧通过通气孔(13)连通；弹性筒身(4)的内侧面吸光；光压力检测膜片(7)及光长度检测膜片(8)的外侧面反光；光学压力检测端盖(1)的内侧安装有光学压力检测传感器(14)；光学长度检测端盖(3)的内侧安装有光学长度检测传感器(15)；光学压力检测传感器(14)和光学长度检测传感器(15)均能够发射光线，且能够检测接收到的光强度。
2.根据权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：所述的人工肌肉基体(2)还包括限位圈(5)和加固纤维网(6)；加固纤维网(6)镶嵌在弹性筒身(4)的侧壁内部，将弹性筒身(4)分隔为外筒身(4-1)和内筒身(4-2)；依次排列的多个限位圈(5)均镶嵌在弹性筒身(4)压力检测端的侧壁内部，限制弹性筒身(4)的压力检测端的变形；光压力检测膜片(7)位于弹性筒身(4)被限位圈(5)限制的部分的边缘处。
3.根据权利要求2所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：所述的加固纤维网(6)和限位圈(5)均由凯夫拉尔纤维线缠绕形成；加固纤维网(6)由旋向相反的两组螺旋线交织形成。
4.根据权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：弹性筒身(4)采用吸光材料；光压力检测膜片(7)及光长度检测膜片(8)均采用反光材料；所述的吸光材料为铂金固化硅胶与黑色有机硅酮颜料的混合物；反光材料为铂金固化硅胶与白色有机硅酮颜料的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：所述的光学压力检测端盖(1)和光学长度检测端盖(3)均包括结构相同的基础端盖组件；基础端盖组件包括末端连接器(9)、盖体(10)和屏蔽铝板(11)；末端连接器(9)主体呈圆筒状，内端边缘处设置有多个穿线块；各穿线块上均设置有穿线孔；加固纤维网(6)两端的纤维线分别穿过两个末端连接器(9)上的各个穿线孔；盖体(10)固定在末端连接器(9)内；屏蔽铝板(11)固定在盖体(10)的内侧；光学压力检测传感器(14)和光学长度检测传感器(15)结构相同，均包括发光二极管(14-1)和光电二极管(14-2)；发光二极管(14-1)、光电二极管(14-2)分别安装在对应的屏蔽铝板(11)的两侧。
6.根据权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：所述光长度检测膜片(8)朝外的侧面边缘处均设置有吸光环(12)。
7.根据权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉，其特征在于：所述光学长度检测端盖(3)的内侧还安装有两根导光件(18)；两根导光件(18)与光学长度检测传感器(15)的发光位置、收光位置分别对齐；所述的光学压力检测端盖(1)或光学长度检测端盖(3)上设置有气管(19)；气管(19)的两端分别与人工肌肉基体(2)的内腔、气源连接。
8.如权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉的使用方法，其特征在于：
步骤一、对光学压力检测传感器(14)和光学长度检测传感器(15)进行校准；
步骤二、在持续检测中使用人工肌肉进行驱动；
2-1.将人工肌肉装入机械***中作为动力源；
2-2.光学压力检测传感器及光学长度检测传感器中的发光二极管(14-1)持续呈发散状发出光线，两组光线各自经光压力检测膜片(7)、光长度检测膜片(8)反射，进入光学压力检测传感器及光学长度检测传感器中的光电二极管(14-2)；
2-3通过对人工肌肉的充放气来驱动人工肌肉的伸缩；当人工肌肉缩短时，光长度检测膜片(8)到光学长度检测传感器的距离减少，进而使得光学长度检测传感器内的光电二极管(14-2)检测到的光强度升高，根据光学长度检测传感器检测到的光强度数值推导出人工肌肉的当前长度；
当人工肌肉内的压力升高时，光压力检测膜片(7)向光学压力检测传感器凸出的幅度增大，进而使得光学压力检测传感器内的光电二极管(14-2)检测到的光强度降低，根据光学压力检测传感器检测到的光强度数值推导出人工肌肉的当前内部压力。
9.根据权利要求8所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉的使用方法，其特征在于：步骤一具体过程如下：
1-1.通过比例阀和电磁阀组合对人工肌肉内部充入气压递变的气体，气压大小通过气压传感器采集；在整个测试过程中，持续记录该人工肌肉的长度、内部压力、光学压力检测传感器(14)内光电二极管(14-2)检测到的光强度、光学长度检测传感器(15)内光电二极管(14-2)检测到的光强度；
1-2.通过离散点拟合，得到光学压力检测传感器(14)检测到的光强度与人工肌肉内部压力之间的光-压力关系曲线，以及光学长度检测传感器(15)检测到的光强度与人工肌肉的长度之间的光-长度关系曲线。
10.如权利要求1所述的一种光学传感器嵌入式的人工肌肉的制备方法，其特征在于：
步骤一、用竖直设置的圆柱状的内模(20)和筒状的第一外模(21)配合形成用于浇筑内筒身(4-2)的模腔；第一外模(21)的内侧面设置有网格状突起，内侧面一端端部设置有多圈突起；使用吸光材料浇筑到内模(20)和第一外模(21)之间，形成内筒身(4-2)；内筒身(4-2)的外侧面具有网格状沟槽，一端具有多圈环形沟槽；网格状沟槽由多根左旋螺旋线和多根右旋螺旋线交织而成；内筒身(4-2)外侧面的两端端部均有多个左旋螺旋线与右旋螺旋线的交点；
步骤二、将两个末端连接器(9)套上内模(20)的两端并通过定位销固定，使得末端连接器(9)上的多个穿线孔抵住内筒身(4-2)端部的多个螺旋线交点；用一根纤维线沿着内筒身上的网格状沟槽缠绕，使得凯夫拉尔纤维线经过网格状沟槽的所有位置，并穿过两个末端连接器(9)的所有穿线孔；再用纤维线绕置出多个限位圈(5)；
步骤三、撤去第一外模(21)，并安装上内径大于第一外模(21)的第二外模(22)；使用吸光材料浇筑到内筒身(4-2)和第二外模(22)之间，形成外筒身(4-1)；外筒身(4-1)完全覆盖纤维线；内筒身(4-2)和外筒身(4-1)共同形成弹性筒身(4)；将内模(20)从弹性筒身(4)中取出；此时，弹性筒身(4)内的长度检测端朝下设置；
步骤四、铸造光长度检测膜片(8)：在弹性筒身(4)下方的长度检测端放入带有排气销(23)的第一膜片模具(24)；第一膜片模具(24)的端部边缘处设置有环形凸起；之后在第一膜片模具(24)处通过注射器浇筑反光材料，形成光长度检测膜片(8)；光长度检测膜片(8)固化后，翻转弹性筒身(4)，使得光长度检测膜片(8)外侧面的环形凹槽朝上设置，卸下第一膜片模具(24)，并在光长度检测膜片(8)外侧面的环形凹槽浇筑吸光材料形成吸光环(12)；
步骤五、铸造光压力检测膜片(7)：在弹性筒身(4)下方的压力检测端***端面平整的第二膜片模具(25)；之后在第二膜片模具(25)处通过注射器浇筑反光材料，形成光压力检测膜片(7)；
步骤六、将光学压力检测端盖(1)、光学长度检测端盖(3)完整安装到弹性筒身(4)的两端。
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