[發明專利]基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統及其觸覺檢測方法

有效

• 申請號: 202110685249.0
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113414763B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 許明;孫啟民
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00;B25J19/02
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

1.基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，包括軟體臂執行機構（1）；其特征在于：還包括柔性電路層（2）、發光二極管（3）、光傳感器（4）和彈性光反射層（5）；柔性電路層（2）套置在軟體臂執行機構（1）的外側；彈性光反射層（5）套置在柔性電路層（2）的外側；彈性光反射層（5）與柔性電路層（2）之間留有間隙；柔性電路層（2）和彈性光反射層（5）均具有彈性；柔性電路層（2）的外側壁上安裝有多個發光二極管（3）和多個光傳感器（4）；

任意單個光傳感器（4）可以接收所有發光二極管（3）傳輸的光信號，形成重疊光信號；

該重疊光信號觸覺傳感系統的工作過程，包括以下步驟：

步驟一、光傳感器（4）、發光二極管（3）和壓力傳感器（7）通電；進入觸覺巡航工作模式；在觸覺巡航工作模式下，所有發光二極管均發射相同光譜的光線；

步驟二、當外部物體觸碰彈性光反射層（5）時，彈性光反射層（5）被觸碰的區域向內凹陷；彈性光反射層（5）的形狀變化使其內部光信號的傳導也發生變化，影響部分光傳感器（4）接收光信號產生相應變化，將相同光譜的重疊光信號光量的變化反饋到計算機終端；根據各光傳感器（4）接收到光信號的變化確定包含接觸點位置的疑似區域；所述疑似區域的確定方法如下：取各光傳感器（4）中檢測到的光強度變化最大的光傳感器（4）作為疑似中心；取以疑似中心為中心點的預設大小的范圍作為疑似區域；

之后，在疑似區域內的各發光二極管各自發射不同光譜的光線；根據各光傳感器（4）接收到的不同光譜的光信號強度，計算出接觸點位置；同時，結合壓力傳感器（7）檢測到的壓力大小和接觸點位置，計算出接觸點受到的壓力大小。

2.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：所述軟體臂執行機構（1）的內端固定在壓力傳感器（7）上。

3.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：所述軟體臂執行機構（1）為氣動可伸縮或彎曲的軟體執行器；軟體臂執行機構（1）的內端設置有通氣接口；通氣接口通過通氣管（1-1）引出至外部氣壓源。

4.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：所述的柔性電路層（2）上每個安裝發光二極管（3）或光傳感器（4）的位置均開設有導線孔（2-2）；發光二極管（3）和光傳感器（4）的供電線和信號線通過對應的導線孔引至柔性電路層與軟體臂執行機構（1）之間，并從柔性電路層（2）內端引出。

5.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：所述的柔性電路層（2）上每個安裝發光二極管（3）或光傳感器（4）的位置的周圍均開設有多個定位孔（2-1）；每個定位孔（2-1）均對應一根彈性線（8）；彈性線（8）的內端與對應的發光二極管（3）或光傳感器（4）的邊緣處固定，外端穿過對應的定位孔（2-1），并設置有球節（8-1）；球節（8-1）卡在定位孔（2-1）的內側。

6.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：彈性光反射層（5）的外側壁不透光。

7.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：所述的疑似區域根據經訓練的神經網絡來確定；該神經網絡以各光傳感器檢測到的光強度差值為輸入。

8.根據權利要求1所述的基于軟體臂的重疊光信號觸覺傳感系統，其特征在于：在疑似區域中確定接觸點位置的方式通過神經網絡來實現；該神經網絡具體采用五個隱藏層的多任務神經網絡；每個隱藏層均使用批處理規范化和ReLU激活函數；前三個隱藏層在兩個任務之間共享；后兩個隱藏層為輸出層；該多任務神經網絡使用均方誤差作為損失函數，在ADAM optimizer下進行400個階段的訓練，批大小為128，初始學習率為0.001，經過200個階段后下降到0.0001。