[發明專利]一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統

有效

• 申請號: 202110103353.4
• 申請日: 2021-01-26
• 公開（公告）號: CN112985649B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 李世彬;王燦;顧一丁;蒲煕
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01L1/14
• 分類號: G01L1/14
• 代理公司: 成都其高專利代理事務所(特殊普通合伙) 51244
• 代理人: 賈波

1.一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，用于進行柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測，其特征在于：設置有電源模塊、信號輸入模塊、主控模塊及結果輸出模塊，其中，

所述柔性分布式電容觸覺傳感器設置有至少一個采用多模傳感單元的傳感單元，一個多模傳感單元由有相關關系的三個單模傳感單元構成，且多模傳感單元為三通道傳感單元，三個通道共用一個上電容極板，每個通道單獨使用一個下極板，多模傳感單元輸出三個具有相關關系的電容模擬信號；所述三個具有相關關系的電容模擬信號用于反映施加在該傳感單元上的三維力；單模傳感單元，實現輸出一個代表壓力值大小的電容模擬信號；

所述電源模塊，用于實現所述力學信息檢測系統的供電以及提供柔性分布式電容觸覺傳感器的偏置電壓；

所述信號輸入模塊，接收柔性分布式電容觸覺傳感器的電容模擬信號，降噪后轉換為電容數字信號送入主控模塊；

所述主控模塊，對輸送至其內的電容數字信號采用測量模式或實驗模式進行數據處理，并將處理后的數據傳輸至結果輸出模塊進行展示；

所述結果輸出模塊，利用顯示屏、藍牙、USB接口輸出柔性分布式電容觸覺傳感器的物理模型或檢測到的力學信息；

在測量模式下，主控模塊根據預先訓練的數據和算法得到的傳感器的物理模型計算檢測柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信號大小、方向、位移和運動模式；

在測量模式時，執行以下操作：

第一步，特征值提取，利用所述柔性分布式電容觸覺傳感器的靈敏度將電容信號轉化為力學信號；對于多通道輸入，并對力學信號進行處理，從中提取特征值；

第二步，計算施加在柔性分布式電容觸覺傳感器上的力的類型：

采用梯度下降回歸算法對三維力進行識別，公式如下：

其中，T為系數矩陣，由實驗得到的數據集通過反向傳播算法，預先計算得出；X為柔性分布式電容觸覺傳感器的三維力的特征值；

根據T^*的值計算與相應的三維力符合的概率P：

結果輸出模塊輸出概率P最大的力的大小和方向。

2.根據權利要求1所述的一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，其特征在于：在實驗模式下，根據已知的力學信號和運動模式擬合柔性分布式電容觸覺傳感器的物理模型。

3.根據權利要求2所述的一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，其特征在于：在實驗模式下，利用線性擬合算法中的最小二乘法來擬合柔性分布式電容觸覺傳感器的靈敏度值。

4.根據權利要求3所述的一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，其特征在于：在實驗模式下，通過下述公式計算柔性分布式電容觸覺傳感器的靈敏度值：

其中，S為柔性分布式電容觸覺傳感器的靈敏度值，ΔC_i是在分布式電容觸覺傳感器上施加的第i個力F_i后的電容值變化量，C_i是在分布式電容觸覺傳感器上施加第i個力后的分布式電容觸覺傳感器的電容值，n為施加外力的次數。

5.根據權利要求1所述的一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，其特征在于：所述信號輸入模塊設置有電容數字轉換模塊和放大濾波模塊，其中，放大濾波模塊與柔性分布式電容觸覺傳感器的輸出側相連接，用于將柔性分布式電容觸覺傳感器輸出的電容模擬信號進行放大和濾波，而后輸送至電容數字轉換模塊內進行模數轉換，得到電容數字信號。

6.根據權利要求5所述的一種基于柔性分布式電容觸覺傳感器的力學信息檢測系統，其特征在于：所述放大濾波模塊設置的可選量程包括0-0.5pF，0-1pF，0-2pF，0-5pF，0-10pF，0-20pF六個檔位。