[發(fā)明專利]一種電子皮膚的觸覺動態(tài)感知方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811049863.2
• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109239388B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 劉厚德;謝瑜;曾鳳;陳楚浩;梁斌;朱曉俊
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01P3/68
• 分類號: G01P3/68;G06T3/60;G06T3/40
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 王震宇

本發(fā)明公開了一種電子皮膚的觸覺動態(tài)感知方法，包括如下步驟：S1、獲取物體在運動過程中兩個不同時間點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，通過計算平移前后的形心坐標的變化，測得到物體在平面上的平移量；S3、旋轉第一觸覺圖像以使第一觸覺圖像和第二觸覺圖像的方向對齊，并測量旋轉的角度，測得物體的旋轉角度。使用本發(fā)明的方法可以利用電子皮膚感知精確測量物體運動，實現觸覺動態(tài)感知。

技術領域

本發(fā)明涉及一種電子皮膚的觸覺動態(tài)感知方法。

背景技術

雖然視覺已被廣泛的應用于機器人傳感研究，但仿生觸覺傳感和控制能力仍然是機器人研究的主要挑戰(zhàn)。觸覺感知是機器人靈巧操作的基礎。當機器人進入非結構化或動態(tài)環(huán)境時，觸覺允許機器人感知接觸，檢測及控制滑動，并確保安全穩(wěn)定地操作。

具有電子皮膚感應的機器人可以獲取與物體接觸的豐富特征。電子皮膚是一種由大面積的柔性基底和多功能的緊湊型傳感器陣列組成的集成觸覺傳感器，在近年來取得了重大的研究進展。與用于測量施加到物體總的力/扭矩傳感器相比，配備有高密度傳感器陣列的電子皮膚可以收集更多更精確的觸覺信息。例如，機器人與目標物體接觸力的分布情況、相對運動情況等等，從而實現對目標物體更全面的感知，因此，電子皮膚是為機器人實現觸覺感知的理想傳感器。

在本文中，我們將感知移動物體的行為稱為觸覺動態(tài)感知。而獲取物體的運動狀態(tài)是感知移動物體的重要組成部分和前提。已有研究從靜態(tài)或規(guī)定運動的對象中提取觸覺信息。如：從觸覺傳感器陣列中提取高頻觸覺特征，以確定物體的內部狀態(tài)，例如容器中液體的存在?；蛘呤褂媒佑|力的頻率和幅度來區(qū)分接觸材料，例如通過觸覺傳感器及機器學習方法識別平面、一個邊緣的物體、兩個邊緣的物體，圓柱體。該類方法解決了機器人觸覺缺失的問題,但是，如何利用電子皮膚感知精確測量物體運動，實現觸覺動態(tài)感知，是現有技術面臨的問題。

發(fā)明內容

為了解決該問題，本文提出了一種基于電子皮膚的物體運動狀態(tài)感知方法，助力觸覺動態(tài)感知。該方法依靠電子皮膚獲取獲得運動物體的觸覺圖像，通過分析這些圖像獲取物體的運動狀態(tài)。

本發(fā)明的主要目的在于克服現有技術的不足，提供一種電子皮膚的觸覺動態(tài)感知方法。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種電子皮膚的觸覺動態(tài)感知方法，包括如下步驟：

S1、獲取物體在運動過程中兩個不同時間點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，通過計算平移前后的形心坐標的變化，測得到物體在平面上的平移量；

S3、旋轉第一觸覺圖像以使第一觸覺圖像和第二觸覺圖像的方向對齊，并測量旋轉的角度，測得物體的旋轉角度。

進一步地：

步驟S2中，基于式(1)計算形心坐標：

其中n是圖像中像素的數量，p_k是圖像中每個像素的坐標，p_center是形心的坐標；

計算平移前后形心坐標之間的差值；

將形心坐標的差值和傳感器陣列的單元間距相乘，計算平移量。

步驟S3包括：

基于式(2)和式(3)，通過對數極坐標變換，將觸覺圖像重新映射到對數極坐標空間：