[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

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，步驟1，標(biāo)定：具體包括正行程標(biāo)定，形成n條正行程曲線；反行程標(biāo)定：形成n條反行程曲線；步驟2，求均值：具體包括正行程求均值，形成平均正行程曲線；反行程求均值，形成平均反行程曲線；綜合求均值，形成綜合行程曲線；步驟3，擬合建模：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；步驟5，噪聲濾波；步驟6，行程方向判別；步驟7，解算：根據(jù)行程方向判別結(jié)果，使用對應(yīng)的擬合函數(shù)，求解得到當(dāng)前時(shí)刻的作用力。本發(fā)明通過將加載和卸載過程分別標(biāo)定和解算，從而在消除高頻噪聲誤差的同時(shí)，有效減小遲滯誤差的影響，提高了電容式觸覺傳感器的測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是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。

背景技術(shù)

觸覺傳感器是一種將觸覺信號轉(zhuǎn)換為電信號的器件或裝置，在機(jī)器人、可穿戴電子設(shè)備、醫(yī)療檢測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

常見的觸覺傳感器從原理上主要分為壓阻式、電容式、電感式、壓電式、光電式等。其中，電容式觸覺傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、易于輕量化和小型化、不受溫度影響等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的研究和應(yīng)用。

然而，由于作為電容介質(zhì)層的彈性材料存在塑性變形等因素的影響，遲滯誤差成為影響電容式觸覺傳感器精度的主要因素，其造成的測量誤差值在10％F.S.至20％F.S.之間。

此外，傳感器輸出引線和檢測電路中的寄生電容使得電容式觸覺傳感器存在比較嚴(yán)重的高頻噪聲，進(jìn)一步增大了測量誤差。

因此，減小遲滯誤差和高頻噪聲誤差成為提高電容式觸覺傳感器精度的關(guān)鍵。現(xiàn)有的方法一般采用硬件電路對高頻噪聲進(jìn)行濾波，采用最小二乘法對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，得到一條擬合直線作為電容式觸覺傳感器的輸入輸出關(guān)系式，無法消除遲滯誤差的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供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，該解決電容式觸覺傳感器遲滯誤差和高頻噪聲誤差的方法通過將加載和卸載過程分別進(jìn)行標(biāo)定和解算，從而在消除高頻噪聲誤差的同時(shí)，有效減小遲滯誤差的影響，提高了電容式觸覺傳感器的測量精度。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

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，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(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷，m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷以設(shè)定步長逐漸遞增。每施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷，形成一個(gè)加載測量點(diǎn)。在每個(gè)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(gè)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。

步驟12，反行程標(biāo)定：向電容式觸覺傳感器依次施加m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷，m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷以設(shè)定步長逐漸遞減。每施加一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)載荷，形成一個(gè)卸載測量點(diǎn)。在每個(gè)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(gè)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(gè)加載測量點(diǎn)，均將對應(yīng)的n個(gè)電容值求取算術(shù)平均值，并記為正行程均值電容。m個(gè)加載測量點(diǎn)，將得到m個(gè)正行程均值電容。m個(gè)加載測量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)載荷值和m個(gè)正行程均值電容之間形成為平均正行程曲線。