[發明專利]一種具有壓滑覺感知的柔性指尖、裝置及方法

有效

• 申請號: 201811215764.7
• 申請日: 2018-10-18
• 公開（公告）號: CN109176590B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發明（設計）人: 魏國招;蔣奇
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B25J15/12
• 分類號: B25J15/12;B25J13/08
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

1.一種具有壓滑覺感知的柔性指尖裝置的圖像處理方法，其特征是，壓滑覺感知的柔性指尖裝置包括有控制器和具有壓滑覺感知的柔性指尖，所述柔性指尖包括力致發光薄膜和圖像采集裝置；

其中，所述力致發光薄膜在柔性指尖與物體接觸時因受力而產生形變并發光，其發光強度與所受應力成正比；

所述圖像采集裝置實時采集力致發光薄膜的光強信息，通過檢測力致發光薄膜因形變發光所形成的光圈圓心位置實現柔性指尖滑動方向與滑動摩擦力；

所述具有壓滑覺感知的柔性指尖采集力致發光薄膜的光強分布并傳輸至控制器進行處理；

所述控制器通過對采集的圖像的處理實現壓覺檢測及滑動檢測；壓覺檢測時，利用霍夫變換檢測圖像中發光部位的圓心與半徑，半徑與指尖所受壓力成正比，從而得到指尖所受壓力；

滑動檢測時，圖像中心指向兩圓心中點的方向為滑動方向，滑動過程中的指尖正壓力與兩圓的平均半徑成正比，得到指尖滑動時所受壓力；

所述圖像處理方法包括：將柔性指尖碰觸物體，使柔性指尖受力發生變形；

柔性指尖內層的力致發光薄膜受力發光，其發光強度與施加應力成正比；

建立三維坐標系：指尖結構為半球狀，選取指尖結構的球心作為圓心O，Z軸指向指尖，建立直角坐標系O_XYZ，指尖結構上任一點坐標可表示為(x,y,z)；

實時采集力致發光薄膜的光強圖像，直接傳輸到控制器中進行數據處理；

壓覺檢測：利用霍夫變換檢測圖像中發光部位的圓心(x,y)與半徑(r)，根據像素點計算的圓圈的半徑r與指尖所受壓力F成正比；

根據幾何投影關系：指尖位置O’(0,0,R)映射到二維圖像原點O，外力F作用點(x’,y’,z’)映射到二維圖像坐標為(x,y)，計算出外力作用點坐標和作用方向，實現柔性指尖外力大小、位置與方向感知；

滑動檢測：指尖滑動過程中，采用霍夫變換處理圖像時檢測出兩個圓(x1,y1,z1,r1)、(x2,y2,z2,r2)，圖像中心指向兩圓心中點的方向為滑動方向；

圖像中心到圓圈圓心的距離d與滑動摩擦力f成正比；滑動過程中的指尖正壓力與兩圓的平均半徑((r1+r2)/2)成正比，獲得滑動時的指尖滑動方向、滑動摩擦力及滑動過程中的指尖正壓力。

2.如權利要求1所述的一種具有壓滑覺感知的柔性指尖裝置的圖像處理方法，其特征是，根據柔性指尖所受壓力、摩擦力計算摩擦系數，摩擦力計算公式f＝u*F，根據計算出摩擦力f和壓力F，因而摩擦系數可以計算。

3.如權利要求1所述的一種具有壓滑覺感知的柔性指尖裝置的圖像處理方法，其特征是，控制器中進行數據處理時，通過二值化處理，將彩色圖像或灰度圖像轉化成黑白圖像；再利用孔洞填充函數將二值圖像中間的黑色孔洞填滿，便于下一步的圓檢測處理。

4.如權利要求1所述的一種具有壓滑覺感知的柔性指尖裝置的圖像處理方法，其特征是，壓覺檢測時，圓圈的半徑r與指尖所受壓力F成正比，m是比例系數：

F＝m*r；

壓覺檢測時，外力作用點坐標和作用方向分別是：

5.如權利要求4所述的一種具有壓滑覺感知的柔性指尖裝置的圖像處理方法，其特征是，滑動檢測時，圖像中心指向兩圓心中點的方向為滑動方向：

圖像中心到圓圈圓心的距離d與滑動摩擦力f成正比，k是比例系數：

滑動過程中的指尖正壓力與兩圓的平均半徑((r1+r2)/2)成正比：