Polymeroptischer Sensorhandschuh zur Präzisionserfassung von Finger- und Handbewegungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ludger Overmeyer
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401649026

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Projekt „Polymeroptischer Sensorhandschuh zur Präzisionserfassung von Finger- und Handbewegungen“ wurden die ingenieur- und naturwissenschaftlichen Grundlagen für einen Sensorhandschuh geschaffen und untersucht. Diese Grundlagen umfassen die Herstellung und Charakterisierung eines Sensors auf Basis von Faser-Bragg-Gittern (FBGs) in einer polymeroptischen Faser sowie unterschiedliche Verbindungstechniken des Sensors zur optischen Auswerteeinheit und auch zu einer Anwendung in einem textilen Handschuh. Die polymeroptische Faser wurde durch Verschiebung an mehreren Positionen entlang der Faserachse, sowie durch Rotation aus verschiedenen Winkeln mit UV-Licht durch ein Phasenmasken-Verfahren strukturiert, sodass exzentrische FBGs mit verschiedenen Gitterkonstanten hergestellt wurden. Diese exzentrischen FBGs verändern ihr Signal wie normale FBGs durch Temperatur und Dehnung aber auf Grund ihrer Exzentrizität innerhalb des Faserkerns auch durch eine Biegung der Faser. Je nach Beanspruchung des Sensors verändern sich verschiedene Kenngrößen des charakteristischen Signals eines FBGs, sodass verschiedene Einflüsse voneinander differenziert werden können. Durch die Differenzierbarkeit und die Anordnung der FBGs innerhalb eines Sensors, sowie die Applikation von Sensoren an die verschiedenen Gelenke in der Hand, ist es möglich die Beugung der Gelenke zu erfassen und durch Darstellung in einem zeitlichen Verlauf die Bewegung sowie auch die Bewegungsrichtung zu detektieren.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Polymeroptische Fasersensorik; Drittes Deutsches POF-Symposium 2020, Garbsen, Germany, pp.131-145, 2020, ISBN:978-3-95900-442-8
  Lennart Leffers, Kort Bremer, Bernhard Roth
  
• "Bend Sensor based on Eccentrical Bragg Gratings in Polymer Optical Fibres," in 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe and European Quantum Electronics Conference, OSA Technical Digest (Optica Publishing Group, 2021), paper ch_4_3
  L. Leffers, J. Locmelis, K. Bremer, B. Roth, and L. Overmeyer
  
• "Eccentrical Bragg gratings in multimode polymer optical fibres for the 3D detection of bending," Proc. SPIE 11773, Micro-structured and Specialty Optical Fibres VII, 117730R (18 April 2021)
  Lennart Leffers, Julia Locmelis, Kort Bremer, Bernhard Roth, Ludger Overmeyer
  
• "Polymer Optical Fibre Bend Sensor based on Eccentrical Bragg Gratings," 2021 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO), 2021, pp. 1-2
  L. Leffers, J. Locmelis, K. Bremer, B. Roth and L. Overmeyer
  
• Optical Bend Sensor Based on Eccentrically Micro-Structured Multimode Polymer Optical Fibers, in IEEE Photonics Journal, vol. 13, no. 5, pp. 1-7, Oct. 2021, Art no. 6800307
  Leffers, L., Locmelis, J., Bremer, K., Roth, B., Overmeyer, L.
  
• "Polymer optical bend sensor based on eccentric fiber Bragg gratings for 3D shape detection," Proc. SPIE 11998, Organic Photonic Materials and Devices XXIV, 1199808 (7 March 2022)
  Lennart Leffers, Bernhard Roth, Ludger Overmeyer