一种物体材质识别模型建立方法、识别系统及识别方法技术方案

本发明专利技术公开一种物体材质识别模型建立方法、识别系统及识别方法，属于物体识别技术领域。本发明专利技术的基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，包括以下步骤：利用仿生手分别抓取不同已知材质的物体；通过仿生手上安装的光纤布拉格光栅传感器对仿生手的温度变化信息进行采集，并传送至上位机；结合热传递理论分析，计算出不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β

【技术实现步骤摘要】
一种物体材质识别模型建立方法、识别系统及识别方法


[0001]本专利技术属于传感器物体识别
，具体涉及一种物体材质识别模型建立方法、识别系统及识别方法。

技术介绍

[0002]仿生手通过模仿人类手部的形态、结构和机理实现对物体的感知、识别和操作功能，因其具备复杂环境适应性和操作对象灵活性成为机器人领域中的前沿技术载体和实际应用平台，在医疗辅助、可穿戴设备、海洋开发等领域有着巨大的应用价值。具备智能感知功能的仿生手，通过触摸动作感知外界环境变化，克服了传统基于视觉反馈的机器人在环境光源约束、视角范围有限、物体属性未知等场景中的应用限制，是机器人获取外界信息的关键。
[0003]仿生手热感应识别是在利用传统传感器的基础上附以热感知系统，是能够对感知的温度做出快速响应的仿生手掌，即不仅能够感知物体具体温度，还能根据热传递原理测量出物体的具体吸热系数，从而对物体材质进行准确识别。2022年，深圳大学物理与光电工程学院李宁博士提出了一种混合触觉传感器，在机器学习的帮助下，摩擦电信号和电感信号可用于物体识别，仿生机械抓手可以识别八种不同的水果，准确率高达98.75％。2023年，浙江工业大学机械工程学院叶秋等人，提出了一种多感官触觉手套，它能够在压力和温度传感阵列的密集覆盖下进行物体识别，多模态配置的协同效应使触觉阵列能够感知参与抓取运动的物体的接触压力和热导率，通过将机械特性与热性能相结合来提高精度。但是在应用热传递原理，通过物体材质的吸热系数来识别物体研究领域，依旧存在相当大的空缺。

技术实现思路
/>[0004]1.要解决的问题
[0005]本专利技术的目的在于提供一种物体材质识别模型建立方法、识别系统及识别方法，从而可以基于热量传递机理建立不同材质物体的吸热系数加权模型，并直接利用该模型对物体的材质进行精准识别，有利于保证物体的分拣精度。
[0006]2.技术方案
[0007]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]本专利技术提供了一种基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、利用仿生手分别抓取不同已知材质的物体；
[0010]步骤二、通过仿生手上安装的光纤布拉格光栅传感器对仿生手的温度变化信息进行采集，并传送至上位机；
[0011]步骤三、结合热传递理论分析，计算出不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
，从而建立得到不同材质物体的吸热系数加权模型。
[0012]本专利技术从动力学、热力学理论及热量传递原理等方面研究仿生手在与物体接触过
程中的热传递机理，从微观和宏观上对仿生手与物体之间热传递进行分析和研究，并从理论上对仿生手—物体两者之间的热传递进行公式推导，给出仿生手与物体之间热传递的计算公式。在多个加权物体平均温度系数的基础上，建立由铁、玻璃、木头、塑料、布块等不同材质物体组成形状大小相同的多个不同材质物体吸热系数加权模型。该模型的建立可以创新性地将不同物体之间接触时的吸热系数的不同用于物体材质的识别，且能够有效保证识别精度。
[0013]更进一步的，步骤三中不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β计算如下：
[0014][0015]上式中，β
i
为物体i的吸热系数，ρ为物体i的密度，c为其比热容，λ为仿生手与物体接触后光纤布拉格光栅的中心波长偏移量，其计算如下：
[0016][0017]上式中，n
eff
为光纤布拉格光栅的折射率；T为仿生手的初始温度；ΔT为仿生手与物体接触后温度变化差值；Λ为光栅周期。
[0018]更进一步的，所述仿生手的每个手指上均安装有一个光纤布拉格光栅传感器，计算不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
时，对抓取的物体上五个点位进行系数加权。
[0019]更进一步的，计算得到抓取的物体上五个点位处的中心波长偏移量后，去除最大与最小偏移量，取中间三点中心波长偏移的平均值，然后再根据热传递原理计算得到其吸热系数β
i
。
[0020]更进一步的，所述仿生手的手指内侧刻有凹槽，光纤布拉格光栅传感器安装于凹槽内并通过聚合物弹性材料进行封装，且封装层的表面进行打磨光滑。
[0021]更进一步的，所述仿生手的手指内侧凹槽内还嵌装有恒温加热块，光纤布拉格光栅传感器安装于恒温加热块的表面。
[0022]本专利技术还提供了一种基于热传递原理的物体材质识别方法，包括以下步骤：
[0023]步骤一、利用仿生手抓取待测材质的物体；
[0024]步骤二、通过仿生手上安装的光纤布拉格光栅传感器进行信息采集，并传送至上位机；
[0025]步骤三、上位机调用所述的不同材质物体的吸热系数加权模型，从而根据光纤布拉格光栅传感器采集到的信息变化，识别得到待测物体的材质。
[0026]本专利技术通过对特定的不同材质物体吸热系数进行研究，采用光纤布拉格光栅测得仿生手与不同物体之间的吸热系数有着明显区别，以此来识别特定环境下不同材质的物体。据此可以得到光纤布拉格光栅同步出的加权系数模型，经处理后可以使用在一些人力难以操作的复杂环境中物体识别或物体分拣工作等，从而降低工艺的难度。
[0027]本专利技术还提供了一种基于热传递原理的物体材质识别系统，包括：
[0028]仿生手，用于抓取物体；
[0029]光纤布拉格光栅传感器，安装于仿生手上，用于对仿生手与目标物体接触后的温度、折射率及光栅周期变化数据进行采集；
[0030]上位机，与仿生手及光纤布拉格光栅传感器相连，用于调用不同材质物体的吸热系数加权模型，从而根据光纤布拉格光栅传感器采集到的信息变化，识别得到待测物体的材质。
[0031]3.有益效果
[0032]相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：
[0033](1)本专利技术通过在仿生手上安装光纤布拉格光栅传感器，利用光纤布拉格光栅传感器采集不同环境温度下仿生手与不同材质物体接触后的温度变化信息，然后基于该温度变化信息、光栅折射率及光栅周期的变化信息，计算出不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
，从而建立不同材质物体的加权吸热系数模型，基于该模型可以对物体的材质进行识别，且能够有效保证物体材质的识别精度。
[0034](2)本专利技术在仿生手的每个手指上均安装有一个光纤布拉格光栅传感器，计算不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
时，对抓取的物体上五个点位进行系数加权，从而有利于减少模型的误差，有利于进一步提高物体识别的准确性。
[0035](3)本专利技术在仿生手的手指内侧刻有凹槽，光纤布拉格光栅传感器安装于上述凹槽内，然后通过聚合物弹性材料进行封装，且封装层的表面进行打磨光滑，从而有利于减少封装层本身对物体识别精度的影响。此外，仿生手的手指内侧凹槽内还嵌装有恒温加热块，通过恒温加热快的设置可以使仿生手处于恒温状态，便于模拟正常人手温度，避免外界环境温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、利用仿生手分别抓取不同已知材质的物体；步骤二、通过仿生手上安装的光纤布拉格光栅传感器(3)对仿生手的温度变化信息进行采集，并传送至上位机；步骤三、结合热传递理论分析，计算出不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
，从而建立得到不同材质物体的吸热系数加权模型。2.根据权利要求1所述的基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，其特征在于，步骤三中不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β计算如下：上式中，β
i
为物体i的吸热系数，ρ为物体i的密度，c为其比热容，λ为仿生手与物体接触后光纤布拉格光栅的中心波长偏移量，其计算如下：上式中，n
eff
为光纤布拉格光栅的折射率；T为仿生手的初始温度；ΔT为仿生手与物体接触后温度变化差值；Λ为光栅周期。3.根据权利要求2所述的基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，其特征在于，所述仿生手的每个手指上均安装有一个光纤布拉格光栅传感器(3)，计算不同环境温度下每种材质物体的吸热系数β
i
时，对抓取的物体上五个点位进行系数加权。4.根据权利要求3所述的基于热传递原理的物体材质识别模型的建立方法，其特征在于，计算得到抓取的物体上五个点位处的中心波长偏移量后，去除最大与最小偏移量，取中间三点中心波长偏移的平均值，然后再根据热传递原理计算得到其吸热系数β

【专利技术属性】
技术研发人员：钱牧云，严海堂，张姣姣，魏新园，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：