[發明專利]一種基于圖像識別的力測量裝置

在審

• 申請號: 201510870511.3
• 申請日: 2015-11-30
• 公開（公告）號: CN105318994A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 楊辰光;吳懷煒;梁培棟;李智軍;黃東風
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01L1/04
• 分類號: G01L1/04;G01B11/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 羅觀祥

本發明公開了一種基于圖像識別的力測量裝置，包括：測力彈性體、連接筒、雙目攝像頭和圖像識別處理器；所述測力彈性體位于連接筒的一端，所述測力彈性體在未受力時呈半球狀；所述雙目攝像頭固定于連接筒的另一端；所述圖像識別處理器用于實時接收并處理雙目攝像頭所攝取的圖像，并得出外力的大小和方向。本發明引入圖像處理的新穎方式，使用簡單的原理實現了力測量裝置的簡單化、低成本化，具有良好的抗干擾性、環境適應性等優點。

技術領域

本發明涉及一種力測量技術，特別涉及一種基于圖像識別的力測量裝置。

背景技術

目前，力測量裝置的工作原理基本上有兩種。一種是測量某些物質受力作用時其固有物理性質發生的變化，從而測得作用力的大小，如壓電式、磁彈性式和振弦式等力傳感器；另一種是利用被測力使測力彈性體變形，通過測量變形的程度來測出被測力的大小，如電阻應變式、電容式等力傳感器。然而，目前所有這些測力裝置存在著以下缺點：采用的傳感器大多價格高昂，制造成本和維護成本都比較高。成本稍低的測力裝置卻容易受到干擾，例如強電磁干擾、溫度影響、不能適應多種應用環境等等。而且大多數低成本測力裝置只能測出特定方向的力的大小，而多軸力傳感器成本較高且原理復雜。

近些年來產生了諸多與此相關的論文和專利。分別如下：

中國公開專利號：CN 103353365A，名稱：一種點接觸柱銷式測力傳感器。該發明在銷體軸向上依次布置三個鼓形凸臺，并在它們之間布置電阻應變器，進而測量力。該發明能夠測量不同方向的力，測量結果重復讀好、精度高、適用于大載荷。但需要布置多個電阻應變器，制造成本及維護成本高，且易受電磁干擾。

中國公開專利號：CN1514216A，名稱：一種光電振弦式測力裝置及其測力方法。該發明依據不同作用力下金屬弦振動頻率的不同，通過激光及光電位敏器件把金屬弦的振動頻率轉化為光電頻率，從而測出加載力的大小。該發明的優點在于可以避免電磁感應法易受測量現場的強電磁干擾帶來的噪聲，有一定穩定性。但該發明對制造精度要求高、元件成本高、維護成本高、且不能測量力的方向。

中國公開專利號：CN103134621A，名稱：H型測力構架的橫向載荷測試結構。該發明設置了一種H型結構來測量載荷的大小。該發明不僅可以得到施加于構架結構的載荷與輸出電壓的關系，同時得到施加于構架結構的載荷與構架 結構疲勞損傷關鍵部位應變的準靜態關系。但該發明也未能實現測出力的方向，抗電磁干擾性能也較弱。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于圖像識別的力測量裝置，該力測量裝置克服了制造和維護成本較高、未能測量力的方向、抗干擾性能差等問題，能夠準確測量力的大小和方向，具有較好的抗干擾性能，也能適應各種使用環境。

本發明的目的通過下述技術方案實現：一種基于圖像識別的力測量裝置，所述力測量裝置的硬件部分包括測力彈性體、連接筒、雙目攝像頭、圖像識別處理器等。其中，所述測力彈性體位于連接筒一端，未受力時呈現半球狀，測力彈性體材料可根據使用環境靈活選擇，具多環境適應性；所述雙目攝像頭，固定于連接筒的另一端；所述圖像識別處理器，用于實時接收并處理雙目攝像頭所攝取的圖像，得出外力的大小和方向。

所述的基于圖像識別的力測量裝置包括以下組件：

測力彈性體：位于連接筒頂端，未受力時呈現半球形。其表面按照一定規則涂有均勻的標識點，用于定位及識別。當有外力施加在其身上時，將產生凹陷形變，形變量與外力的大小可以看成滿足分區間的胡克定律，因此可以依據形變量計算出外力大小。形變方向與外力一致，因此可以計算外力方向。測力彈性體材料的選材，可根據實際應用情況進行選擇，例如高溫環境下，可選擇耐高溫的彈性材料；酸性環境下，可選擇耐酸的彈性材料。因此，本發明對應用環境有很強適應性。使用一段時間后進行維護時，只需更換彈性材料即可，因此維護成本極低。