[發明專利]一種機器人皮膚觸感系統及實現方法

在審

• 申請號: 201710873219.6
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107727283A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發明（設計）人: 王超
• 申請（專利權）人: 南京阿凡達機器人科技有限公司
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所(普通合伙)31251
• 代理人: 郭桂峰

技術領域

本發明涉及機器人領域，尤指一種機器人皮膚觸感系統及實現方法。

背景技術

隨著機器人技術的飛速發展，人類對于機器人產品的要求不斷增多，人形機器人作為形態上最接近人類的機器人種類，越來越走進人類的生活中，機器人助理、機器人管家之類的產品層出不窮，用戶對于人形機器人的仿人程度提出了更高的要求，人形機器人要提高仿人的程度，就需要擁有和人類相近的感官系統，觸感作為人類的重要感官之一，也就成為了機器人領域的研究重點。

傳統機器人皮膚觸感系統，如圖6所示，該系統包括機器人外殼、壓力傳感器、信號接收模塊、供電模塊。將壓力傳感器陣列排布在機器人外殼上，形成傳感器網絡，來感知外部對機器人皮膚上產生的壓力和位置。壓力傳感器需要機器人內部的供電模塊供電，負責將壓力信號轉換為電信號，并輸出給機器人內部的信號接收模塊。所以每個壓力傳感器都必須配備供電線路和信號線路。

當前設計存在以下問題：

1、在沒有外部壓力時，壓力傳感器也在耗電；

2、每個壓力傳感器都需要布置供電線路和信號線路，至少需要兩條供電線和兩條信號線，傳感器規模很大的系統還需要數據總線，因此有很多線路需要從機器人外殼引出，這導致機器人外殼需要大量開孔，布線復雜，設計和制造的復雜度高。

發明內容

本發明的目的是提供一種機器人皮膚觸感實現方法及系統，在沒有外部壓力時，傳感陣列不耗電；減少了傳感陣列輸出的線路數，降低了布線和設計制造的復雜度。

本發明提供的技術方案如下：

一種機器人皮膚觸感系統，包括：傳感陣列，將施加在機器人皮膚上的壓力轉化成一定頻率的光信號；光電轉換模塊，與所述傳感陣列通過光纖連接，所述光纖傳輸所述光信號；所述光電轉換模塊對來自所述傳感陣列的光信號進行解析，得到所述光信號的頻率和所述光信號的光強度值；主控模塊，與所述光電轉換模塊電連接，用于接收所述光信號的頻率和所述光信號的光強度值，并根據所述光信號的頻率得到所述壓力施加的位置，根據所述光信號的光強度值得到所述壓力的壓力值。

在上述技術方案中，傳感陣列負責將壓力信號轉化成光信號，在沒有外部壓力時，沒有光信號輸出，所以傳感陣列在沒有外部壓力時是不耗電的。傳感陣列輸出光信號，不需要供電線路，所以減少了傳感陣列的線路輸出，簡化了線路設計，降低了設計制造難度。同時采用光纖傳輸光信號，信號的抗電磁干擾性能得到提升。

進一步地，機器人皮膚觸感系統包括：所述傳感陣列包括至少一個壓電感應單元；每個所述壓電感應單元感受其對應位置的壓力并將所感受的壓力轉化成一定頻率的光信號；以及，所述各個不同的壓電感應單元輸出的光信號由所述光纖通過不同的頻率傳輸。

在上述技術方案中，傳感陣列是由若干個壓電感應單元組成，每個壓電感應單元感受其對應位置的壓力，并轉化成光信號；壓電感應單元與壓力施加的位置是一一對應；不同的壓電感應單元輸出的光信號頻率不同，所以各個不同的壓電感應單元輸出的光信號可以合并在一根光纖上傳輸，這進一步減少了傳感陣列的輸出線路。

進一步地，所述壓電感應單元包括：壓電元件，用于將所感受的壓力轉化成電能；發光元件，用于將所述電能轉化成原始光信號；窄帶濾光片，用于對所述原始光信號進行過濾，輸出與窄帶濾光片的透光頻率相同的光信號。

在上述技術方案中，闡述了壓電感應單元的結構，通過窄帶濾光片的透光頻率不同，保證了每個壓電感應單元輸出的光信號頻率不一樣。每個窄帶濾光片的輸出頻率是購買到就可以得知的，這為后續光信號解析，根據光信號的頻率得到對應壓力施加的位置奠定了基礎；同時進一步說明壓電感應單元是被動式壓力傳感器，由接觸壓力來驅動產生信號，在沒有壓力情況下是不需要耗電的。

進一步地，所述光電轉換模塊，通過CCD電荷耦合元件，或者通過CMOS互補金屬氧化物半導體，實現對來自所述傳感陣列的光信號的解析，得到所述光信號的頻率和所述光信號的光強度值。

在上述技術方案中，介紹了光電轉換模塊實現光信號的解析所采用的技術，都是主流技術，進一步說明了方案的可行性。

本發明還提供一種機器人皮膚觸感實現方法，包括：步驟S100傳感陣列將施加在機器人皮膚上的壓力轉化成一定頻率的光信號；步驟S200光電轉換模塊對來自所述傳感陣列的光信號進行解析，得到所述光信號的頻率和所述光信號的光強度值；步驟S300主控模塊接收所述光信號的頻率和所述光信號的光強度值，并根據所述光信號的頻率得到所述壓力施加的位置，根據所述光信號的光強度值得到所述壓力的壓力值。