[發明專利]一種觸覺感知裝置及機器人地形感知方法

在審

• 申請號: 202110974557.5
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113673447A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 陳浩耀;陳虹錦;朱西;樓云江
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N20/00;G06T3/40
• 代理公司: 廣州圣理華知識產權代理有限公司 44302
• 代理人: 董覺非;張凱

1.一種機器人的觸覺感知裝置，其特征在于，包括用于生成及采集數據的觸覺感知組件(1)、用于對數據進行預處理的時序數據預處理模塊、用于分割數據的波峰窗口分割模塊、用于提取特征的特征提取模塊以及用于識別地形軟硬屬性類別的機器學習分類算法模塊。

2.根據權利要求1所述的觸覺感知裝置，其特征在于，所述觸覺感知組件(1)包括底部支撐板(11)、內側支撐架(12)、外側支撐架(13)、傳感器信號采集模塊(14)及多個觸覺傳感器(15)，所述內側支撐架(12)與所述外側支撐架(13)平行間隔設置，所述底部支撐板(11)的兩端分別與所述內側支撐架(12)與所述外側支撐架(13)的底端連接，多個所述觸覺傳感器(15)間隔設置在所述底部支撐板(11)的底面，所述傳感器信號采集模塊(14)設置在所述內側支撐架(12)或所述外側支撐架(13)上，且所述傳感器信號采集模塊(14)與多個所述觸覺傳感器(15)電連接。

3.一種基于陣列觸覺傳感器的機器人地形感知方法，其特征在于，采用權利要求1或2所述的觸覺感知裝置進行感知，機器人地形感知方法包括以下步驟：

步驟1：通過所述觸覺感知組件(1)采集機器人與地面接觸時多個不同位置的壓力數據，并生成多個通道的時間序列數據；

步驟2：所述時序數據預處理模塊對時間序列數據進行預處理；

步驟3：所述波峰窗口分割模塊對預處理后的時間序列數據分割出多個通道的波峰窗口的數據點；

步驟4：所述特征提取模塊根據波峰窗口的數據點輸出多維與地形的軟硬程度類別相關的觸覺壓力特征；

步驟5：所述機器學習分類算法模塊根據觸覺壓力特征對不同地形軟硬程度屬性進行識別。

4.根據權利要求3所述的機器人地形感知方法，其特征在于，步驟1包括：

步驟1.1：所述觸覺感知組件(1)生成機器人與地面接觸時多個不同位置的壓力數據；

步驟1.2：壓力數據包括壓力模擬信號，所述觸覺感知組件(1)采集壓力模擬信號，并將壓力模擬信號轉化為可量化的壓力數字信號；

步驟1.3：所述觸覺感知組件(1)將時間戳與壓力數字信號的對應關系生成時間序列數據。

5.根據權利要求3所述的機器人地形感知方法，其特征在于，步驟2包括：

步驟2.1：所述時序數據預處理模塊對時間序列數據進行線性插值；

步驟2.2：所述時序數據預處理模塊對首端及尾端的時間序列數據進行近鄰插值；

步驟2.3：所述時序數據預處理模塊采用中位數濾波去除時間序列數據中嚴重偏離穩態值且幅值為負的噪聲；

步驟2.4：所述時序數據預處理模塊采用Savitzky-Golay濾波對時間序列數據進行平滑處理，同時保持時間序列數據本身的周期性和趨勢性。

6.根據權利要求3所述的機器人地形感知方法，其特征在于，步驟3包括：

步驟3.1：所述波峰窗口分割模塊使用SciPy中的波峰檢測函數對預處理后的時間序列數據中的波峰進行檢測；

步驟3.2：所述波峰窗口分割模塊連續輸出波峰的位置索引；

步驟3.3：所述波峰窗口分割模塊遍歷多個通道的波峰的位置索引；

步驟3.4：所述波峰窗口分割模塊去除每個通道的第一個以及最后一個波峰的位置索引；

步驟3.5：所述波峰窗口分割模塊檢驗每個通道中當前位置的位置索引與相鄰通道相同位置的位置索引之間的時間差值是否在20％以內；若是，則保留當前位置在每個通道中的位置索引；否則，去除超出范圍的位置索引并使用下一時刻的位置索引作為替代值；

步驟3.6：所述波峰窗口分割模塊檢驗每個通道中的位置索引數量是否相同；若是，則以該位置索引為波峰窗口的中心，以設定長度為波峰窗口的大小，輸出分割出的波峰窗口的數據點；否則，則以第一個通道的第一個位置索引為起始點，以多個通道中的最小位置索引數量為長度，將多個通道的位置索引調整為相同尺寸后再輸出分割出的波峰窗口的數據點。