Воспроизведение волоконно-оптического датчика формы с помощью Arduino?

Я думаю, что никто здесь не может дать вам ответ, возможно ли это с помощью Arduino, поскольку мы недостаточно знаем о технологии и мелких деталях, которые делают эту задачу сложной. Так что сделать версию для любителей будет непросто и, возможно, очень дорого.

В волокне каждая решетка Брэгга отражает немного света назад. Длина волны этого отраженного света зависит от угла между светом и решеткой. Таким образом, вы получаете определенную длину волны от каждой решетки, которая соответствует изгибу в этой конкретной части кабеля. Задача состоит в том, чтобы измерить множество длин волн, которые отражаются в волокне, и сопоставить их с определенной частью кабеля. Поскольку они не говорят, как они решают эту проблему, я упомяну здесь некоторые идеи:

1. Спектральное измерение (длина волны):
   • Из видео я предполагаю, что они используют белый свет для освещения кабеля. Решетки будут отражать только длины волн из этого спектра, которые удовлетворяют закону Брэгга из-за угла изгиба. Вы должны измерить длину волны непосредственно с помощью спектрометра. В основном это еще одна решетка, которая будет пространственно разделять длины волн, чтобы вы могли измерить спектральную структуру с помощью пространственного датчика, например камеры или линейного датчика. Вам придется скорректировать чувствительность камеры к разной длине волны.
   • Возможно, они используют лазер только с длиной волны 1. Тогда изгиб приведет к изменению интенсивности, отраженной от этой решетки. Если вы сможете достаточно хорошо разделить сигналы от разных решеток, вы сможете измерить только изменение интенсивности, что будет проще, так как вам в основном нужен только фототранзистор или что-то подобное для этой длины волны. (В этом случае вам нужно будет каждый раз калибровать датчик по прямому кабелю и следить за тем, чтобы измерение было достаточно быстрым для ожидаемого перемещения).
2. Согласование сигналов с каждой частью кабеля: Здесь я предполагаю, что они используют датчик времени полета, потому что я не могу придумать ничего другого без дополнительной информации. Это действительно сложная проблема, потому что большинство доступных датчиков недостаточно чувствительны для измерения четверти дюйма, не будучи дешевыми в первую очередь. Вы, скорее всего, потратите много денег на такой датчик. И вам создать собственный датчик времени полета с требуемой чувствительностью может быть так же сложно, как и создать все устройство в первую очередь.
3. Необходимые детали: Также вам понадобится само волокно, которое, как уже говорилось, не является обычным волокном glas, которое вы можете использовать везде. Скорее всего, это индивидуальная сборка, и вы заплатите много денег, чтобы получить такую. Источник света зависит от приведенного выше спектрального измерения. Для белого света важно, чтобы вся длина волны имела как можно более равную интенсивность. Вам также придется учитывать спектральное поглощение и общее поглощение в волокне, что ограничивает чувствительность и возможную длину.

Есть ли где-нибудь, где можно купить этот датчик напрямую?

Скорее всего, нет. На видео это похоже на устройство, которое было разработано НАСА для конкретного применения. Видео - это предложение для других компаний, чтобы узнать о разработке NASA, поэтому устройство не готово к потреблению. Но вы, возможно, сможете получить статью об этом устройстве, поискав его в Интернете или напрямую спросив НАСА. В этом документе будет содержаться гораздо больше информации об устройстве в виде видеороликов.

В целом это было бы чрезвычайно трудной задачей. Поскольку вы пришли сюда (простой сайт вопросов и ответов) с этим сложным вопросом, я думаю, что вы на самом деле не готовы к такой большой задаче. Скорее всего, даже разработчикам в НАСА требовалось для этого много и долго денег.

Существуют ли какие-либо альтернативы для 3D-определения формы/положения, помимо 3D-магнитного зондирования?

Я бы предложил построить цепочку гибочных полос, которые изменяют свое сопротивление в зависимости от угла изгиба. Вы можете использовать несколько полосок для получения нескольких показаний для разных частей человеческой руки. С помощью каждой полоски вы строите делитель напряжения и выполняете аналоговые измерения. С небольшой калибровкой вы сможете измерить завитки.