[發(fā)明專利]一種具有遠距離接近覺的大面積覆蓋電子皮膚系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113183147B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設計）人: 薛光明;孫立寧;陳國棟;孔向東
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J19/02;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 溫州金甌專利事務所(普通合伙) 33237
• 代理人: 林益建

本發(fā)明涉及一種具有遠距離接近覺的大面積覆蓋電子皮膚系統(tǒng)，其包括：基本感知單元；基本感知單元包括若干感知模組以及處理模組，感知模組之間可相互擴展對聯(lián)，感知模組包括接觸力覺檢測模塊以及遠距離接近覺感知模塊；中樞單元，與基本感知單元相連，實時采集基本感知單元的感知數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)控基本感知單元的工作狀態(tài)，并對采集的感知數(shù)據(jù)進行處理；通過融合電子皮膚系統(tǒng)中激活感知單元的遠距離接近覺和接觸力覺感知信息，融合機器人本體覺，估計接近物空間位置，接近速度和方向，形狀大小，融合機器人運動規(guī)劃路徑信息，預測碰撞概率，通過碰撞識別深度學習神經(jīng)網(wǎng)絡模型計算，估計碰撞場景類別、碰撞危險性。

技術領域

本發(fā)明具體涉及一種具有遠距離接近覺的大面積覆蓋電子皮膚系統(tǒng)，主要針對新型人機協(xié)作機器人需要大面積覆蓋的電子皮膚部位的觸覺信息及遠距離接近覺信息的采集與處理。

背景技術

在工業(yè)領域，很多需要復雜認知和對突發(fā)情況進行靈活處理的工作目前只能由機器人與人類共同合作完成，這就需要機器人與人類共處同一工作空間。在生活服務領域，更是難以做到將機器人與人類完全隔離。因此，如何使機器人與人類能夠在同一空間中安全和諧的協(xié)作是機器人發(fā)展的一個重要方向。這其中，機器人與人類以及機器人與周圍非結構化的環(huán)境之間可能發(fā)生的碰撞的檢測是實現(xiàn)人機共融的關鍵技術。目前，在這方面進行了大量的研究，提出了很多的成果，但是均不成熟，得到實際應用的也很少。主要的相關技術及缺陷包括：（1）采用通過機器人關節(jié)扭矩力或關節(jié)電機電流檢測來識別碰撞，缺點是可靠性差，場景適應性差，建模復雜傳感器成本高；（2）采用機器視覺或激光雷達來檢測碰撞，視野小，易受到環(huán)境光線變化、遮擋等影響，算法處理復雜，可靠性不好，檢測精度差，無法處理微距離碰撞；（3）隨著近年來電子皮膚技術的發(fā)展，提出了采用帶力觸覺傳感器和近距離接近覺傳感器陣列的電子皮膚來檢測碰撞的方案，但是因檢測距離太短，往往在碰撞已經(jīng)發(fā)生才能檢測到，或接近發(fā)生時雖然檢測到了但是由于距離太短，響應時間不足，無法做到碰撞規(guī)避動作的及時響應。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有遠距離接近覺的大面積覆蓋電子皮膚系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術方案：

一種具有遠距離接近覺的大面積覆蓋電子皮膚系統(tǒng)，其包括：

基本感知單元；所述基本感知單元包括若干感知模組以及處理模組，所述感知模組之間可相互擴展對聯(lián)，所述感知模組包括用于感知接觸力感知信息的接觸力覺檢測模塊以及用于感知接近物信息的遠距離接近覺感知模塊；

中樞單元，與基本感知單元相連，實時采集基本感知單元的感知數(shù)據(jù)，并實時監(jiān)控基本感知單元的工作狀態(tài)，并對采集的感知數(shù)據(jù)進行處理；

其中，采用貝葉斯信息融合算法與接觸力優(yōu)先算法對感知模組感知的接觸力感知信息及接近覺感知信息進行融合處理，實現(xiàn)接近物在較遠位置以遠距離接近覺感知信息為主感知接近物，接近物在感知單元附近時采用遠距離接近覺和接觸力感知信息融合處理感知接近物，當接近物全面接觸基本感知單元時以接觸力覺感知信息為主感知接近物。

所述接觸力覺檢測模塊包括接觸力傳導硅膠層，若干薄膜壓阻式力觸覺傳感器、壓力緩沖硅膠層、柔性電路板層，所述薄膜壓阻式力觸覺傳感器間隔設置在柔性電路板層上側，其上方依次設有壓力緩沖硅膠層以及接觸力傳導硅膠層。

所述遠距離接近覺檢測模塊包括TOF遠距離紅外測距傳感器。

所述感知模組設有可用于感知模組部署位置視覺標定時作為位置參考光源的檢測狀態(tài)燈。

所述感知模組及處理模組均設有可用于擴展連接的擴展單元接口。

所述中樞單元與基本感知單元通過CAN總線接口通信連接。

所述中樞單元與機器人主計算機之間基于一級網(wǎng)絡通信連接，所述中樞單元與基本感知單元之間基于二級網(wǎng)絡通信連接，所述基本感知單元與下級擴展感知單元基于三級網(wǎng)絡通信連接。