机器人触觉感知系统技术方案

本发明专利技术提供一种机器人触觉感知系统，包括：磁性触觉感知结构、磁场信号采集模块和处理模块；磁性触觉感知结构包括多个永磁体组成的环形海尔贝克阵列和包覆在环形海尔贝克阵列外表面上的柔性壳体；磁性触觉感知结构设置于机器人的操作端，用于在机器人与环境交互时，在外部力的作用下产生径向形变以将外部力转换为磁场信号；磁场信号采集模块设置在机器人的操作端且位于磁性触觉感知结构的中心位置处，用于采集磁性触觉感知结构的磁场信号；处理模块与磁性信号采集模块电连接，用于获取磁性触觉感知结构的磁场信号，以基于磁场信号确定外部力的大小。该系统对外部力的感知准确度高，感知精度高。感知精度高。感知精度高。

【技术实现步骤摘要】
机器人触觉感知系统


[0001]本专利技术涉及信息采集
，尤其涉及一种机器人触觉感知系统。

技术介绍

[0002]触觉信息包含了机器人与外部环境交互过程中的机械特性，因此基于触觉的感知技术在人机协作、运动控制、医疗健康等各种领域都有着广泛的应用。触觉感知技术能够为复杂操控环境下机器人智能交互和柔性作业提供重要决策依据，是精密操控环境下机器人最重要的感知手段之一。但是，触觉信息应用的不足往往会导致交互过程中产生突发意外，机器人在与复杂环境发生交互时，需要避免与外部环境发生碰撞，因此传统的刚性触觉传感器并不满足要求；此外，由于交互过程中的力刺激有时较小，传感器的感测精度往往难以对较小的力刺激进行感测。
[0003]针对上述问题，于2022年9月2日公开的中国专利技术专利CN114993528A，公开了一种触觉传感器及其制备方法，触该觉传感器采用“十字形”导电通道结构，可以对外界力学刺激的大小和方向进行检测。于2022年9月6日公开的中国专利技术专利CN115014596 A，公开了一种压阻式柔性触觉传感器，改传感器具有网格状的微结构，可以通过压阻环的电阻变化，来测量三维力与拉伸变形。于2022年11月15日公开的中国专利技术专利CN115342949 A，公开了一种包括表面纹理传感器和压力传感器的柔性触觉传感器，可以通过压电薄膜感知外部力刺激。
[0004]但是，上述专利虽然公开了具有一定适用性的柔性触觉传感器，然而这些传感器大多需要依靠“数据驱动”的方法来建立输出量与外部力刺激之间的关系，所建立的关系并不具有可解释性，数据中的噪声会影响获得的外部力刺激的准确度，影响了其在复杂场景下的使用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种机器人触觉感知系统，用以解决现有技术中的触觉传感器依靠“数据驱动”的方法进行触觉感知，数据中的噪声严重影响外部力感测结果准确度的问题，实现一种机器人触觉感知系统，磁性触觉感知结构所受的外部力能够通过内部磁场的变化被解析计算出，增强了触觉感知过程的可解释性，使得外部力感测的准确性较高。
[0006]本专利技术提供一种机器人触觉感知系统，包括：磁性触觉感知结构、磁场信号采集模块和处理模块；
[0007]所述磁性触觉感知结构包括多个永磁体组成的环形海尔贝克阵列和包覆在所述环形海尔贝克阵列外表面上的柔性壳体；
[0008]所述磁性触觉感知结构设置于机器人的操作端，用于在所述机器人与环境交互时，在外部力的作用下产生径向形变以将所述外部力转换为磁场信号；
[0009]所述磁场信号采集模块设置在所述机器人的操作端且位于所述磁性触觉感知结构的中心位置处，用于采集所述磁性触觉感知结构的磁场信号；
[0010]所述处理模块与所述磁性信号采集模块电连接，用于获取所述磁性触觉感知结构的磁场信号，以基于所述磁场信号确定所述外部力的大小。
[0011]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，所述处理模块具体用于：
[0012]获取所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度与所述磁性触觉感知结构的形变之间的第一对应关系；
[0013]基于弹性力学计算获得所述磁性触觉感知结构的形变与所述外部力之间的第二对应关系；
[0014]根据所述第一对应关系和所述第二对应关系确定所述磁感应强度与所述外部力之间的第三对应关系并建立对应列表；
[0015]获取当前所述磁性信号以获知当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度；
[0016]基于当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度，通过查询所述对应列表以确定当前所述外部力的大小。
[0017]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，所述处理模块具体用于：
[0018]获取所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度与所述磁性触觉感知结构的形变之间的第一对应关系并建立第一对应列表；
[0019]获取当前所述磁性信号以获知当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度；
[0020]基于当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度，通过查询所述第一对应列表以确定当前所述磁性触觉感知结构的形变数据；
[0021]基于弹性力学，根据当前所述磁性触觉感知结构的形变数据计算当前所述外部力的大小。
[0022]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，所述磁场信号采集模块具体用于：
[0023]采集所述磁性触觉感知结构的磁场信号；
[0024]将所述磁场信号转化为电信号进行输出。
[0025]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，还包括：
[0026]显示模块，与所述处理模块电连接，用于显示所述外部力的大小。
[0027]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，还包括：
[0028]扬声器，与所述处理模块电连接，用于播报所述外部力的大小。
[0029]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，还包括：
[0030]报警器，与所述处理模块电连接，用于在所述外部力的大小超过预设阈值时进行报警。
[0031]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，所述柔性壳体为液体硅橡胶材料制成。
[0032]根据本专利技术提供的一种机器人触觉感知系统，所述环形海尔贝克阵列至少由8个所述永磁体组成。
[0033]本专利技术提供的机器人触觉感知系统，通过磁性触觉感知结构的设置，一方面，磁性触觉感知结构所受的外部力能够通过内部磁场的变化被解析计算出，增强了触觉感知过程的可解释性，使得外部力感测的准确性较高；另一方面，该磁性触觉感知结构包括环形海尔
贝克阵列，环形海尔贝克阵列在较小形变下内部磁场的变化较明显，提高了触觉感知系统对微小的外部力的感测精度。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0035]图1是本专利技术提供的机器人触觉感知系统的结构示意图之一；
[0036]图2是本专利技术提供的磁性触觉感知结构的结构示意图；
[0037]图3是本专利技术提供的环形海尔贝克阵列的结构示意图；
[0038]图4是本专利技术提供的机器人触觉感知系统的结构示意图之二；
[0039]图5是本专利技术提供的处理模块的处理方法的流程示意图之一；
[0040]图6是本专利技术提供的磁性触觉感知结构与外部物体接触的结构示意图；
[0041]图7是本专利技术提供的处理模块的处理方法的流程示意图之二；
[0042]图8是本专利技术提供的磁场信号采集模块的采集方法的流程示意图；
[0043]图9是本专利技术提供的机器人触觉感知系统的结构示意图之三。
[0044]附图标记：
[0045]10、磁性触觉感知结构；11、环形海尔贝克阵列；12、柔性壳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人触觉感知系统，其特征在于，包括：磁性触觉感知结构、磁场信号采集模块和处理模块；所述磁性触觉感知结构包括多个永磁体组成的环形海尔贝克阵列和包覆在所述环形海尔贝克阵列外表面上的柔性壳体；所述磁性触觉感知结构设置于机器人的操作端，用于在所述机器人与环境交互时，在外部力的作用下产生径向形变以将所述外部力转换为磁场信号；所述磁场信号采集模块设置在所述机器人的操作端且位于所述磁性触觉感知结构的中心位置处，用于采集所述磁性触觉感知结构的磁场信号；所述处理模块与所述磁性信号采集模块电连接，用于获取所述磁性触觉感知结构的磁场信号，以基于所述磁场信号确定所述外部力的大小。2.根据权利要求1所述的机器人触觉感知系统，其特征在于，所述处理模块具体用于：获取所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度与所述磁性触觉感知结构的形变之间的第一对应关系；基于弹性力学计算获得所述磁性触觉感知结构的形变与所述外部力之间的第二对应关系；根据所述第一对应关系和所述第二对应关系确定所述磁感应强度与所述外部力之间的第三对应关系并建立对应列表；获取当前所述磁性信号以获知当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度；基于当前所述磁性触觉感知结构中心位置处的磁感应强度，通过查询所述对应列表以确定当前所述外部力的大小。3.根据权利要求1所述的机器人触觉感知系统，其特征在于，所述处理模块具体用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：周小虎，桂美将，谢晓亮，刘市祺，奉振球，侯增广，姚泊先，黄德兴，项天宇，于喆，李浩，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：