[發(fā)明專利]一種電子皮膚的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811049863.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN109239388B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉厚德;謝瑜;曾鳳;陳楚浩;梁斌;朱曉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): G01P3/68
• 分類號(hào): G01P3/68;G06T3/60;G06T3/40
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

1.一種電子皮膚的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,包括如下步驟：

S1、獲取物體在運(yùn)動(dòng)過程中兩個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的第一觸覺圖像和第二觸覺圖像；

S2、平移第一觸覺圖像以使第一觸覺圖像和第二觸覺圖像的形心處于相同位置，并以平移的觸覺圖像形心作為參考點(diǎn)，通過計(jì)算平移前后的形心坐標(biāo)的變化，測得到物體在平面上的平移量；

S3、旋轉(zhuǎn)第一觸覺圖像以使第一觸覺圖像和第二觸覺圖像的方向?qū)R，并測量旋轉(zhuǎn)的角度，測得物體的旋轉(zhuǎn)角度；

步驟S3包括：

基于式(2)和式(3)，通過對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換，將觸覺圖像重新映射到對(duì)數(shù)極坐標(biāo)空間：

其中x和y是圖像中像素的坐標(biāo)，x_c和y_c是形心的坐標(biāo)，M是幅值，ρ是像素和形心之間的對(duì)數(shù)距離，θ是像素相對(duì)于中心的方向，ρ和θ構(gòu)成對(duì)數(shù)極坐標(biāo)空間的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，

通過對(duì)數(shù)極坐標(biāo)變換將觸覺圖像從笛卡爾坐標(biāo)系下的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換到對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的平移運(yùn)動(dòng)，將對(duì)旋轉(zhuǎn)的全搜索轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)數(shù)極坐標(biāo)空間的最佳平移的全搜索；

基于式(4)至式(6)，計(jì)算所有平移變換后的圖像與基準(zhǔn)圖像的誤差：

I′_lp1＝M_tanslation×I_lp1 (4)

其中，I_lp1和I_lp2是對(duì)數(shù)極坐標(biāo)圖像，M_tanslation是將I_lp1轉(zhuǎn)換為I′_lp1的基本變換矩陣，e是I′_lp1和I_lp2之間的誤差，是使該方法穩(wěn)健的函數(shù)，其中a是異常值閾值，取為e_k的平均值；

在搜索之后，將使E最小的M_tanslation變換確定旋轉(zhuǎn)角度，該旋轉(zhuǎn)角度被確定為兩個(gè)圖像之間的最佳旋轉(zhuǎn)角度。

2.如權(quán)利要求1所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,步驟S2中，基于式(1)計(jì)算形心坐標(biāo)：

其中n是圖像中像素的數(shù)量，p_k是圖像中每個(gè)像素的坐標(biāo)，p_center是形心的坐標(biāo)；

計(jì)算平移前后形心坐標(biāo)之間的差值；

將形心坐標(biāo)的差值和傳感器陣列的單元間距相乘，計(jì)算平移量。

3.如權(quán)利要求1或2所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,還包括以下步驟：

S4、以采樣頻率f獲取運(yùn)動(dòng)物體的觸覺圖像，取間隔一個(gè)采樣周期的連續(xù)兩張觸覺圖像，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算獲得該間隔內(nèi)物體的平移距離d和旋轉(zhuǎn)角度θ，瞬時(shí)速度則等于距離/角度除以時(shí)間間隔，即距離/角度乘以采樣頻率，計(jì)算為公式(7)和(8)所示：

v＝f×d (7)

ω＝f×θ (8)

其中，v和ω是平移和旋轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度。

4.如權(quán)利要求1或2所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,還包括以下步驟：

S4＇、將第一個(gè)采樣的觸覺圖像與后續(xù)的每一個(gè)觸覺圖像進(jìn)行比較，以獲得后續(xù)的觸覺圖像相對(duì)于初始位置的平移和旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)選擇合適的數(shù)學(xué)模型以適應(yīng)所述平移和旋轉(zhuǎn)，通過所述數(shù)學(xué)模型計(jì)算需要測量的速度。

5.如權(quán)利要求4所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,步驟S4＇用于測量勻速運(yùn)動(dòng)的物體。

6.如權(quán)利要求4所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,步驟S4＇中，采用線性回歸模型來擬合平移和旋轉(zhuǎn)，線性回歸用最小化殘差平方和擬合平移及旋轉(zhuǎn)的速度。

7.如權(quán)利要求1或2所述的觸覺動(dòng)態(tài)感知方法，其特征在于,在進(jìn)行平移和旋轉(zhuǎn)之前，對(duì)觸覺圖像采用雙線性差值法進(jìn)行縮放來增強(qiáng)圖像分辨率，采用形態(tài)學(xué)變換中的膨脹和腐蝕來消除噪聲。