一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其中无网格柔性平面传感模块用于感知多模态触觉信息并转化为电阻信息，边缘电极模块包括N根电极，均嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘，N根电极分布式排列，互相均不接触，任意两根电极组成一个电阻通道，电阻测量电路模块用于记录边缘电极模块中多路通道电阻变化信息并输入神经网络模块；神经网络模块用于输出多模态触觉信息。本发明专利技术的技术方案中采用多根边缘电极相互组成电阻测量通道，电阻测量通道数影响多模态触觉信息的感知精度，在保留精度的情况下能够显著减少电极数量，避免复杂的导线互连，可以对多模态的触觉信息进行实时、精确的感知。精确的感知。精确的感知。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统


[0001]本专利技术属于传感感知领域，具体涉及一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统。

技术介绍

[0002]为实现高精度的触觉感知，传统的柔性触觉传感系统中往往分布着大量且密集的传感器单元，每个传感器单元单独响应施加在其上的触觉信息后将感知信号传递出来。受到阵列设计、电极数量以及电极排布的制约，传统柔性触觉传感系统往往面临精度、面积和成本等各方面的问题。因此如何通过低成本且高效的方式实现大面积高精度的触觉传感是传感技术发展中非常关键的技术难题。
[0003]此外，人的触觉除了感知压力以外，还能对温度，湿度，滑动，震动等多种模态的外界物理信息实现实时的精确感知，而传统的柔性触觉传感系统由于受到阵列中单元密度和电路复杂度的限制，每个传感单元通常只能响应单个模式的物理信号，难以模仿人的真实触觉实现多模态触觉信息的同步感知，同时也无法避免信号分析过程中复杂的解耦合过程，不利于广泛使用。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统。
[0005]实现本专利技术目的的具体技术方案为：一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，包括无网格柔性平面传感模块、边缘电极模块、电阻测量电路模块、神经网络模块；
[0006]所述无网格柔性平面传感模块用于感知多模态触觉信息并转化为电阻信息；
[0007]所述边缘电极模块包括N根电极，均嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘，N根电极分布式排列，互相均不接触，任意两根电极组成一个电阻通道，N根电极组成个电阻通道；
[0008]所述电阻通道数大于等于所需感知的多模态触觉信息维度；
[0009]所述电阻测量电路模块用于记录边缘电极模块中路通道电阻变化信息并输入神经网络模块；
[0010]所述神经网络模块用于输出多模态触觉信息，神经网络模块的输入数共为个。
[0011]进一步的，所述无网格柔性平面传感模块为微结构，基底材料为绝缘材料，基底材料中掺杂导电填料；无网格柔性平面传感单元外部封装柔性材料。
[0012]进一步的，所述多模态触觉信息包括但不限于单点或多点压力大小、压力作用位置、压力作用形状、压力作用面积、压力作用方向、温度、湿度；
[0013]所述压力作用形状包括三角形，四边形，六边形，十二边形或其余多边形。
[0014]进一步的，所述边缘电极模块嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘；
[0015]所述电极的一端均嵌入无网格柔性平面传感模块，另一端伸出无网格柔性平面传感模块，电极之间互不交叉。
[0016]进一步的，所述微结构包括多孔结构、含骨架结构、表面凸起结构；
[0017]所述基底材料包括橡胶、PI、PVDF、PDMS、PEDOT:PSS中的一种或多种；所述导电填料包括炭黑、碳纳米管、石墨烯以及纳米金属颗粒中的一种或多种。
[0018]进一步的，所述电阻测量电路模块为时分复用多路电阻测量电路，测量边缘电极模块中不同电极组合之间的电阻，包括控制单元，通路选择单元，电阻测算单元，数据传输单元；
[0019]通路选择单元由多个多路选择开关组成，配合时序电平完成不同边缘电极组合间电阻通道的切换，电阻测算单元包括运算放大器和电阻组成比例放大器，根据通道电阻的不同输出不同电位，所述控制单元用于为通路选择单元提供对应的时序电平，并将电阻测算单元输出的电位进行测算得到通道阻值的大小，数据传输单元将各通道阻值数据传输至神经网络模块。
[0020]进一步的，所述无网格柔性平面传感模块上还设置PI薄膜，所述PI薄膜基于饱和盐湿度发生装置得到不同湿度下的电容不同。
[0021]进一步的，所述PI薄膜上绘制导电银线网格，所述导电银线网格基于银线电阻对温度的相应曲线，根据银线网格的电阻获取外部温度。
[0022]进一步的，所述神经网络模块基于数据集对进行训练；
[0023]所述数据集为多模态触觉信息及其相应的多通道阻值变化信息；
[0024]训练后的神经网络模块基于电阻测量电路模块输出的多通道阻值信息，输出多模态触觉信息，包括压力作用形状，压力作用横坐标，压力作用纵坐标，压力作用面积，压力作用大小，温度，湿度。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0026](1)本专利技术的技术方案基于一个无网格的传感模块可以对多模态的触觉信息进行实时、精确的感知，且传感模块结构工艺简单，成本低；
[0027](2)本专利技术的技术方案中采用多根边缘电极相互组成电阻测量通道，电阻测量通道数影响多模态触觉信息的感知精度，在保留与现有技术相同精度的情况下能够显著减少电极数量，避免复杂的导线互连；
[0028](3)本专利技术的技术方案基于训练好的神经网络对多通道电阻进行预测，可以输出精准的多模态触感信息，包括压力大小、作用位置、作用形状、作用面积和作用方向，以及温度和湿度；
附图说明
[0029]图1为本专利技术的基于无网格传感平面的柔性多模触觉感知系统结构示意图。
[0030]图2为本专利技术的一个实施例中的无网格柔性平面传感模块和边缘电极模块结构示意图。
[0031]图3为本专利技术的一个实施例中的电阻测量电路模块电路示意图。
[0032]图4为本专利技术的一个实施例中的电阻测量电路模块运行逻辑图。
[0033]图5为本专利技术的实施例中的无网格柔性平面传感模块中的感知温度的变化曲线图。
[0034]图6为本专利技术的实施例中的无网格柔性平面传感模块中的感知湿度的变化曲线图。
[0035]图7和图8为本专利技术的基于无网格传感平面的柔性多模触觉感知系统中压感感知结果示意图。
具体实施方式
[0036]一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，包括无网格柔性平面传感模块、边缘电极模块、电阻测量电路模块、神经网络模块；
[0037]所述无网格柔性平面传感模块用于感知多模态触觉信息并转化为电阻信息；
[0038]所述边缘电极模块包括N根电极，均嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘，N根电极分布式排列，互相均不接触，任意两根电极组成一个电阻通道，N根电极组成个电阻通道；
[0039]所述电阻通道数大于等于所需感知的多模态触觉信息维度，可以根据所需感知的多模态触觉信息的数量，灵活设置边缘电极模块中电极的数目。
[0040]所述电阻测量电路模块用于记录边缘电极模块中路通道电阻变化信息并输入神经网络模块；
[0041]所述神经网络模块用于输出多模态触觉信息，神经网络模块的输入数共为个，当电极数量N增加，则神经网络模块的输入数也快速上升，从而神经网络模块的输出精度也快速提高。
[0042]通过该系统，多模态的物理作用通过不同形状的接触面施加到无网格柔性平面传感模块上，使得边缘电极两两组合形成的多个通道电阻发生变化，电阻测量电路模块高速同步地读取到各组通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其特征在于，包括无网格柔性平面传感模块、边缘电极模块、电阻测量电路模块、神经网络模块；所述无网格柔性平面传感模块用于感知多模态触觉信息并转化为电阻信息；所述边缘电极模块包括N根电极，均嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘，N根电极分布式排列，互相均不接触，任意两根电极组成一个电阻通道，N根电极组成个电阻通道；所述电阻通道数大于等于所需感知的多模态触觉信息维度；所述电阻测量电路模块用于记录边缘电极模块中路通道电阻变化信息并输入神经网络模块；所述神经网络模块用于输出多模态触觉信息，神经网络模块的输入数共为个。2.根据权利要求1所述的基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其特征在于，所述无网格柔性平面传感模块为微结构，基底材料为绝缘材料，基底材料中掺杂导电填料；无网格柔性平面传感单元外部封装柔性材料。3.根据权利要求1所述的基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其特征在于，所述多模态触觉信息包括但不限于单点或多点压力大小、压力作用位置、压力作用形状、压力作用面积、压力作用方向、温度、湿度；所述压力作用形状包括三角形，四边形，六边形，十二边形或其余多边形。4.根据权利要求1所述的基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其特征在于，所述边缘电极模块嵌入在无网格柔性平面传感模块边缘；所述电极的一端均嵌入无网格柔性平面传感模块，另一端伸出无网格柔性平面传感模块，电极之间互不交叉。5.根据权利要求2所述的基于无网格传感平面的柔性多模态触觉感知系统，其特征在于，所述微结构包括多孔结构、含骨架结构、表面凸起结构；所述基底材料包括橡胶、PI、PV...

【专利技术属性】
技术研发人员：疏静，张卫东，朱晓波，高家乐，戴祎杰，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：