[發(fā)明專利]解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010564182.0
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111813260B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋愛國;楊述焱;徐寶國;李會軍;曾洪;朱利豐
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/044;G01L1/14;G01L9/12
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法，其特征在于：包括如下步驟：步驟1，標(biāo)定，具體包括如下步驟：

步驟11，正行程標(biāo)定：向電容式觸覺傳感器依次施加m個標(biāo)準(zhǔn)載荷，m個標(biāo)準(zhǔn)載荷以設(shè)定步長逐漸遞增；每施加一個標(biāo)準(zhǔn)載荷，形成一個加載測量點(diǎn)；在每個加載測量點(diǎn)，均記錄對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和電容值；加載完成后，將m個加載測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和電容值進(jìn)行擬合，形成一條正行程曲線；其中，m≥3；

步驟12，反行程標(biāo)定：向電容式觸覺傳感器依次施加m個標(biāo)準(zhǔn)載荷，m個標(biāo)準(zhǔn)載荷以設(shè)定步長逐漸遞減；每施加一個標(biāo)準(zhǔn)載荷，形成一個卸載測量點(diǎn)；在每個卸載測量點(diǎn)，均記錄對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和電容值；卸載完成后，將m個卸載測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和顯示電容值進(jìn)行擬合，形成一條反行程曲線；

步驟13，將步驟11和步驟12，重復(fù)n次，n≥3，則共形成n條正行程曲線和n條反行程曲線；

步驟2，求均值，包括如下步驟：

步驟21，正行程求均值：將步驟1形成的n條正行程曲線，在每個加載測量點(diǎn)，均將對應(yīng)的n個電容值求取算術(shù)平均值，并記為正行程均值電容；m個加載測量點(diǎn)，將得到m個正行程均值電容；m個加載測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和m個正行程均值電容之間形成為平均正行程曲線；

步驟22，反行程求均值：將步驟1形成的n條反行程曲線，在每個卸載測量點(diǎn)，均將對應(yīng)的n個電容值求取算術(shù)平均值，并記為反行程均值電容；m個卸載測量點(diǎn)，將得到m個反行程均值電容；m個卸載測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和m個反行程均值電容之間形成為平均反行程曲線；

步驟23，綜合求均值：在同一個標(biāo)準(zhǔn)載荷測量點(diǎn)處，將正行程的n個電容值和反行程的n個電容值綜合后，求取算術(shù)平均值，并記為綜合行程均值電容；m個標(biāo)準(zhǔn)載荷測量點(diǎn)，將得到m個綜合行程均值電容；m個標(biāo)準(zhǔn)載荷和m個綜合行程均值電容之間形成為綜合行程曲線；

步驟3，擬合建模：對步驟2形成的平均正行程曲線、平均反行程曲線和綜合行程曲線，分別進(jìn)行最小二乘擬合，從而獲得正行程擬合函數(shù)、反行程擬合函數(shù)和綜合擬合函數(shù)；

步驟4，測量：采用步驟1標(biāo)定后的電容式觸覺傳感器，進(jìn)行實(shí)際測量，得到測量電容值；

步驟5，噪聲濾波：將步驟4得到的測量電容值進(jìn)行加權(quán)平均濾波，得到濾波電容值；

步驟6，行程方向判別：當(dāng)步驟4的測量方式為連續(xù)測量時，將當(dāng)前時刻的濾波電容值和前一時刻的濾波電容值進(jìn)行比較，進(jìn)而判別當(dāng)前測量方式為正向加載行程還是反向卸載行程；當(dāng)步驟4的測量方式為單次測量時，則直接進(jìn)入步驟7；

步驟7，解算：根據(jù)步驟6的判別結(jié)果，當(dāng)判別為正向加載行程時，則將當(dāng)前時刻的濾波電容值代入步驟3中的正行程擬合函數(shù)中，獲得當(dāng)前時刻的作用力；當(dāng)判別為反向加載行程時，則將當(dāng)前時刻的濾波電容值代入步驟3中的反行程擬合函數(shù)中，獲得當(dāng)前時刻的作用力；當(dāng)測量方式為單次測量時，則將當(dāng)前時刻的濾波電容值代入步驟3中的綜合擬合函數(shù)中，以獲得當(dāng)前時刻的作用力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法，其特征在于：步驟5中，假設(shè)當(dāng)前t時刻的濾波電容值為則的計(jì)算公式為：

其中，y_t為t時刻的測量電容值；為t-1時刻的濾波電容值；為t-2時刻的濾波電容值；a、b和c均為加權(quán)系數(shù)，且a＞b＞c。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法，其特征在于：步驟5中，a＝3，b＝2，c＝1，則的計(jì)算公式為：

其中，為t時刻的濾波電容值。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法，其特征在于：步驟2中，正行程均值電容、反行程均值電容和綜合行程均值電容，采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

其中：

y_ijp——第j次標(biāo)定時第i個加載測量點(diǎn)的電容值，j＝1,2,…,n；

y_ijn——第j次標(biāo)定時第i個卸載測量點(diǎn)的電容值，j＝1,2,…,n；

——第i個加載測量點(diǎn)的正行程均值電容；

——第i個卸載測量點(diǎn)的反行程均值電容；

——第i個標(biāo)準(zhǔn)載荷測量點(diǎn)的綜合行程均值電容。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法，其特征在于：步驟7中，假設(shè)解算得到的當(dāng)前t時刻的作用力為則的計(jì)算公式為：

其中：

——t時刻的濾波電容值；

——t-1時刻的濾波電容值；

——正行程擬合函數(shù)F_p的反函數(shù)；

——反行程擬合函數(shù)F_n的反函數(shù)；

——綜合擬合函數(shù)F_ave的反函數(shù)；

——解算得到的t-1時刻的作用力；

——解算得到的t時刻的作用力。