一种装置包括多个压电元件、存储指令的存储器以及至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为执行指令以控制压电元件中的第一个压电元件沿着对象表面生成声波，经由压电元件中的第二个压电元件接收与所生成的声波相对应的声波信号，使用带通滤波器对所接收的声波信号进行滤波，来降低所接收的声波信号的噪声，通过使用线性时不变滤波器从滤波的声波信号来获得用于接近检测的接近信号，通过将所获得的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内，并且基于障碍物在距离对象表面的第一距离内，控制该对象以避免与障碍物碰撞。避免与障碍物碰撞。避免与障碍物碰撞。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过全表面接近检测避免机器人碰撞的方法和装置
[0001]本公开涉及通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的方法和设备。
技术介绍
[0002]由于机器人在动态环境中工作，必须避免与人和障碍物的意外碰撞。机器人与环境碰撞可能会损坏自身或它的周围环境，并可能会伤害工作场所中的人类。避免碰撞系统使机器人能够在碰撞前检测到靠近的障碍物，并采取措施避免或减轻撞击。这种系统对于诸如机械臂的机器人操作器(robotic manipulator)在不确定和动态的环境中安全操作可能是特别必要的。因此，对于机器人操作器的避免碰撞系统已经有了广泛的研究。
[0003]与用于汽车的避免碰撞系统不同，机器人操作器通常可以在有限的空间中操作，其中，避免碰撞取决于在杂乱环境中的精确短程感测。许多现有的避免碰撞方法使用相机和基于计算机视觉的对象识别或三维(3D)形状重建来检测障碍物并对其做出反应。然而，这些方法有一些限制。当面对障碍物遮挡、光线条件差以及难以视觉检测的透明或镜面对象时，他们的表现会受到影响。此外，基于相机的方法通常在非常短的范围内(小于10厘米)不准确，这取决于相机焦距，并且任何单个相机都具有有限的视野。
[0004]为了解决这种短距离检测的需要，已经提出了用于机器人避免碰撞的接近传感器，诸如超声波接近传感器、毫米波雷达、红外接近传感器和短距离光检测和测距(LiDAR)。这些方法也有局限性。激光雷达和毫米波雷达价格昂贵，所有这些方法都具有很强的方向性。有效的覆盖可能需要分布在机器人各处的多个传感器，并且如果没有大量的传感器，很难完全消除盲点。这使得机器人系统设计变得复杂，并且增加了大量的额外成本和传感器管理开销。
技术实现思路
[0005]技术解决方案
[0006]根据本公开的一个方面，提供了一种用于通过表面接近检测来避免碰撞的装置，该装置包括邻近对象表面设置的多个压电元件、存储指令的存储器、以及至少一个处理器，该处理器被配置为执行指令以控制压电元件中的第一个压电元件沿着对象表面生成声波，并且经由压电元件中的第二个压电元件接收与所生成的声波相对应的声波信号。该至少一个处理器还被配置为执行指令，以使用带通滤波器对所接收的声波信号进行滤波，以降低所接收的声波信号的噪声，使用线性时不变滤波器从滤波的声波信号中获得用于接近检测的接近信号，通过将所获得的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内，并且基于障碍物在距离对象表面的第一距离内，控制对象以避免与障碍物碰撞。
[0007]根据本公开的一个方面，提供了一种通过表面接近检测来避免碰撞的方法，该方法由至少一个处理器来执行，并且该方法包括控制邻近对象表面设置的压电元件中的第一个压电元件，以沿着对象的表面生成声波，并且经由压电元件中的第二个压电元件接收与
所生成的声波相对应的声波信号。该方法还包括：使用带通滤波器对所接收的声波信号进行滤波，来降低所接收的声波信号的噪声，使用线性时不变滤波器从滤波的声波信号中获得用于接近检测的接近信号，通过将所获得的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内，以及基于障碍物在距离对象表面的第一距离内，控制对象以避免与障碍物碰撞。
[0008]根据本公开的一个方面，提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读存储介质，当该指令被至少一个处理器执行时，使得至少一个处理器控制邻近对象表面设置的压电元件中的第一个压电元件，以沿着对象的表面生成声波，并且经由压电元件中的第二个压电元件接收与所生成的声波相对应的声波信号。当由至少一个处理器执行时，该指令还使得至少一个处理器使用用于降低所接收的声波信号的噪声的带通滤波器来对所接收的声波信号进行滤波，通过使用线性时不变滤波器从滤波的声波信号中获得用于接近检测的接近信号，通过将所获得的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内，并且基于障碍物在距离对象表面的第一距离内，控制对象以避免与障碍物碰撞。
附图说明
[0009]从以下结合附图的描述中，本公开的实施例的上述和其他方面、特征和优点将变得更加清晰，其中：
[0010]图1A是示出根据实施例的通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的装置的图；
[0011]图1B是示出图1A的装置的框图；
[0012]图2是示出根据实施例的漏表面波(leaky surface wave，LSW)效应的图；
[0013]图3A示出了说明由于障碍物靠近、接触和远离包括图1A和图1B的装置的对象而接收的信号的图形，并且图3B示出了说明由于障碍物靠近图3A的图形中示出的对象而接收的信号的放大视图的图形；
[0014]图4A是示出由于障碍物靠近包括图1A和图1B的装置的对象的压电元件的背面而接收的信号的图形；
[0015]图4B
‑
图4D是示出由于障碍物靠近包括图1A和图1B的装置的对象的三个不同位置而接收的信号的图形；
[0016]图5A是示出当压电发送器附接在对象上时，在障碍物和包括图1A和图1B的装置的对象之间的不同距离处接收的信号的图形；
[0017]图5B是示出当压电发送器放置在对象上方时，在障碍物和包括图1A和图1B的设备的对象之间的不同距离处接收的信号的图形；
[0018]图6A是示出当压电元件放置在空气中时，包括在图1A和图1B的装置中的压电元件的回波损耗和阻抗的图形；
[0019]图6B是示出当压电元件附接到对象时，包括在图1A和图1B的装置中的压电元件的回波损耗和阻抗的图形；
[0020]图7A是示出根据实施例的设置在对象上的压电元件的截面图，该压电元件包括用于通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的装置；
[0021]图7B是示出由于障碍物靠近并接触图7A示出的对象而接收的信号的图形；
[0022]图8A是示出当对象移动时的噪声频谱的图形；
[0023]图8B是示出根据实施例的由压电接收器测量的频率响应的图形，该压电接收器包括在用于通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的装置中；
[0024]图9是示出根据实施例的移动对象的解析表示的图形，该移动对象包括用于通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的装置；
[0025]图10A是示出根据实施例的移动对象的解析信号的图形，该移动对象包括用于通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的装置；
[0026]图10B是示出图10A的解析信号的尺度图(scalogram)；
[0027]图11是根据实施例的通过全表面接近检测来避免机器人碰撞的方法的流程图；
[0028]图12是根据实施例的通过全表面接近检测来避免碰撞的方法的流程图；
[0029]图13是根据实施例的其中实现了图1A和图1B的装置的电子设备的框图；以及
[0030]图14是根据实施例的避免碰撞的方法1400的流程图。
具体实施方式
[0031]本文描述的实施例提供了一种感测模态，该感测模态将被称为泄漏表面波本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过表面接近检测来避免碰撞的装置，该装置包括：邻近对象表面设置的多个压电元件；存储指令的存储器；以及至少一个处理器，被配置为执行指令以：控制压电元件中的第一个压电元件以沿着对象表面生成声波；经由压电元件中的第二个压电元件接收与所生成的声波相对应的声波信号；通过使用带通滤波器对所接收的声波信号进行滤波，来降低所接收的声波信号的噪声；使用线性时不变滤波器从滤波的声波信号中获得用于接近检测的接近信号；通过将所获得的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内；以及基于障碍物在距离对象表面的第一距离内，控制该对象以避免与障碍物碰撞。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述对象是机器人，而第一距离为大约10厘米。3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述带通滤波器是窄19kHz带通滤波器，用于从所接收的声波信号中减少机器人的电源的电噪声和机器人的马达的机械噪声。4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述线性时不变滤波器包括滤波的声波信号的希尔伯特变换和傅立叶变换中的任意一种或任意组合。5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为执行指令以：将所接收的声波信号截断到窗口中；以及基于包括19kHz频带中的信号的截断信号，通过使用带通滤波器对截断的声波信号进行滤波；其中，所述窗口是0.3秒的窗口。6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为执行指令以：将所获得的接近信号截断到多个窗口中；以及通过将截断的接近信号输入到神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内。7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置为执行指令以：如果对象的位置没有改变，则通过将所获得的接近信号输入到第一神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内，以及如果对象的位置改变，则通过将所获得的接近信号输入到第二神经网络来预测障碍物是否在距离对象表面的第一距离内。8.一种通过表面接近检测来避免碰撞的方法，该方法由至少一个处理器执行，并且该方法包括：控制邻近对象表面设置的压电元件中的第一个压电元件，以沿着对象表面生成声波；经由压电元件中的第二个压电元件接收与所生成的声波相对应...
【专利技术属性】
技术研发人员：范小然，R，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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