基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台制造技术

本发明专利技术提供基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台，该平台主要包括上位机、FPGA下位机以及柔性触觉传感器三部分。人体穿戴柔性触觉传感器通过触摸，抓握等动作，获取这一过程的触感压力信号；FPGA下位机控制压力的数据采集模式，对触感信号进行计算与分析，并通过USB通讯模块将分析处理结果实时上传至上位机。上位机主要用于对分析结果的显示(人机交互界面)。该平台的优势在于利用柔性压力传感器的灵活性、耐久性、生物相容性等优点，并以FPGA作为触感信号提取与再现的硬件载体，通过深度学习算法对触感信号进行分类，回归等处理分析，使机器通过在线触摸，抓握来识别物体成为可能。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台
本专利技术涉及智能感知与控制领域，特别是一种基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台。
技术介绍
触感认知是人类感知外界环境信息的重要渠道，人工触感在传感原理实现、感知信息处理以及装置集成应用等方面已经取得了大量的研究成果。触感采集认知平台可以广泛应用于自动化领域，为工业自动化设备添加触觉反馈系统，提高工业流水线的触感信息感知水平，提高流水线的鲁邦性和可靠性，推进工业过程的自动化。然而，由于手复杂的曲面形状，有限的安装空间、多样的操作对象等特点，传统的刚性材料制作的传感器和致动器无法很好地实现质地、纹理等不同高级触感的采集与复现。近年来，轻薄、柔性、可拉伸的柔性传感器材料的发展为构建触感信息提取再现系统提供了关键的技术突破。目前针对触觉的研究主要集中在触觉传感器领域，注重从传感器材料、架构等方面对传感装置进行优化，实现更加精确地触感信息采集。这些研究对于传感器的柔性化、精确化方面取得了重要的成果。然而，对于触感信息智能分析相关的研究较少。对于触感信息智能分析难以离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台，其特征在于：该平台包括：柔性触觉传感器(1)、FPGA下位机(2)和上位机(3)，其中FPGA下位机(2)包括信号采集控制模块(4)、计算分析模块(5)和存储模块(6)，上位机(3)包括实时人机交互界面(15)；其中信号采集控制模块(4)包括数字信号保护模块(8)、多路选择模块(9)和模拟信号调理模块(10)；计算分析模块(5)包括数字滤波模块(11)、统计分析模块(12)、特征提取模块(13)和认知模块(14)；上位机(3)与FPGA下位机(2)通过USB通讯模块(7)实现进行数据通讯；/n信号采集控制模块(4)接收上位机(3)给...

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA与高精度柔性触觉传感器的触感采集认知平台，其特征在于：该平台包括：柔性触觉传感器(1)、FPGA下位机(2)和上位机(3)，其中FPGA下位机(2)包括信号采集控制模块(4)、计算分析模块(5)和存储模块(6)，上位机(3)包括实时人机交互界面(15)；其中信号采集控制模块(4)包括数字信号保护模块(8)、多路选择模块(9)和模拟信号调理模块(10)；计算分析模块(5)包括数字滤波模块(11)、统计分析模块(12)、特征提取模块(13)和认知模块(14)；上位机(3)与FPGA下位机(2)通过USB通讯模块(7)实现进行数据通讯；
信号采集控制模块(4)接收上位机(3)给出的数字量输出信号，该输出信号进入信号采集控制模块后通过数字信号保护模块(8)进行电平转换、过压限流保护，并通过多路选择模块(9)进行扩展，多路选择模块的输出信号给到柔性触觉传感器采集相应通道的信号；信号采集控制模块(4)采集到柔性触觉传感器(1)的触感信号后，通过模拟信号调理模块(10)实现对多通道输入信号进行选择、放大、滤波、差分转单端操作，并把输入信号转换到匹配AD采集范围的信号，之后信号传送给计算分析模块(5)中的数字滤波模块(11)去除噪声；统计分析模块(12)用来提取触感信号的统计量特征；特征提取模块(13)用来对滤波后的触感信号进行处理；
将特征提取模块提取的特征输入到认知模块(14)对其执行分类、回归任务来实现触感信号的认知；
存储模块(6)存储来自统计分析模块(12)、特征提取模块(13)和认知模块(14)的数据，并通过USB通讯模块(7)在实时人机交互界面(15)上进行可视化展示。


2.根据权利要求1所述的认知平台，其特征在于：上位机(3)的实时人机交互界面包括触感信号采集控制界面和触感信号计算分析界面，触感信号采集控制界面包括压力显示界面、采样参数设置界面、采样通道显示界面；
压力显示界面主要显示实时的手部触感信号数据，获得手掌压力分布；
采样参数设置界面主要用于对采样模式、采样频率、采样增益、采样范围的设定；
采样通道显示界面主要用于显示通道间触感数据的时序变化，以及用于对开始、停止采样的控制，包括开始采样按钮、停止采样按钮、通道信号显示选择框、信号分析按钮、相应通道信号分析结果显示框、保存按钮；
触感信号计算分析界面包括算法参数设置界面以及基本操作选择界面；算法参数设置界面主要用于数字滤波和特征提取算法的配置以及CNN参数的设定，包括数字滤波设置选择框、特征提取设置选择框、卷积神经网络设置框，数字滤波设置选择框包括无数字滤波模式、低通滤波模式、高通滤波模式，特征提取设置选择框包括无联合递归图、有联合递归图算法，卷积神经网络设置框包括卷积核尺寸输入框、卷积步长输入框、通道数输入框、填充输入框、添加网络层设置框；
基本操作选择界面包括信号统计量特征的显示、历史数据查询/导入、导出分析结果、刷新、帮助、保存与退出，用来对平台进行操作，包括最大值输出框、最小值输出框、上四分位数输出框、下四分位数输出框、平均值输出框、方差输出框、历史数据查询/导入按钮、导出分析结果按钮、刷新按钮、帮助按钮及保存与退出按钮。


3.根据权利要求1所述的认知平台，其特征在于：所述计算分析模块(5)通过上位机(3)设置不同相关算法与参数来实现对触感信号的计算分析；其中数字滤波模块(11)通过设置高通滤波算法来实现对触觉信号的锐化，也能选择通过设置低...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓斌，崔子健，高天时，王江，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12