[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

本發明公開了一種觸覺感知裝置及機器人地形感知方法，機器人地形感知方法采用觸覺感知裝置進行感知，機器人地形感知方法包括步驟1：觸覺感知組件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時間序列數據；步驟2：時序數據預處理模塊對時間序列數據進行預處理；步驟3：波峰窗口分割模塊分割出波峰窗口的數據點；步驟4：特征提取模塊輸出觸覺壓力特征；步驟5：機器學習分類算法模塊識別地形的軟硬屬性類別。本發明取得的有益效果：本發明面向機器人室外自然環境，能夠利用低成本的觸覺傳感器完成機器人在觸覺模態上的地形感知任務，有利于降低機器人步態切換、安全導航等任務的傳感器成本，提高地形感知的實時性。

技術領域

本發明涉及機器人地形感知的技術領域，具體涉及一種觸覺感知裝置及機器人地形感知方法。

背景技術

旋轉腿式機器人在近年來展現出在地形穿越任務上比腿式機器人和輪式機器人更優異的性能，特別是在非結構化的地形上。但是由于旋轉腿的節律運動模式，機器人本體通常會發生劇烈的振動產生巨大的噪音，這使得基于振動和音頻的地形感知方法不可行，對于旋轉腿式機器人，目前還沒有設計出可靠、低成本的地形感知方法，因此，如何結合旋轉腿式機器人的運動特點進行地形感知成為了一個重要的有待解決的問題。

現有技術中的地形感知方法有以下幾種：

一、中國發明專利《基于移動機器人與地面交互聲音的地形識別方法及裝置》(公開號：CN112288870A)，該發明公開了一種基于移動機器人與地面交互聲音的地形識別方法，采集移動機器人與各地形交互的音頻數據，預處理后通過構建基于注意力機制的地形分類網絡模塊來識別地形，排除了光照變化對系統探測的影響。

二、中國發明專利《一種基于多層感知機的振動信息地形分類識別方法》(公開號：CN111027627A)，該發明公開了一種基于多層感知機的振動信息地形分類識別方法，采集振動傳感器在不同地形環境下的原始振動數據，轉換到頻率后使用多層感知機作為模型進行訓練，最后能夠進行在線地形類型分類識別，整體的分類精度維持在84％左右。

三、中國發明專利《一種基于虛擬傳感器的足式機器人地形感知方法》(公開號：CN111260057A)，該發明公開了一種基于虛擬傳感器的足式機器人地形感知方法，將足式機器人的腿關節的角度、腿關節的角速度、電機電流作為虛擬傳感器的數據樣本，對觸地檢測神經網絡模型和土壤分類機器學習模型進行訓練作為足式機器人的地形感知系統，使用線性核函數的SVM模型達到92％的分類準確率。

上述的現有技術均是基于腿式機器人設計的地形感知方法，在實際應用中，由于旋轉腿式機器人依靠周期性的旋轉來前進，機器人本體會發生劇烈的振動產生巨大的噪音，不僅使基于振動和和音頻的地形感知方法不再適用于旋轉腿式；而且上述方法均沒有達到95％以上較高的識別精度，在實際應用中仍然會出現一定程度的錯誤情形；上述方法均還沒有考慮方法的實時性、成本的指標，在實際的地形感知中效果欠佳。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的之一在于提供一種機器人的觸覺感知裝置，包括用于生成及采集數據的觸覺感知組件、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。

作為優選，所述觸覺感知組件包括底部支撐板、內側支撐架、外側支撐架、傳感器信號采集模塊及多個觸覺傳感器，所述內側支撐架與所述外側支撐架平行間隔設置，所述底部支撐板的兩端分別與所述內側支撐架與所述外側支撐架的底端連接，多個所述觸覺傳感器間隔設置在所述底部支撐板的底面，所述傳感器信號采集模塊設置在所述內側支撐架或所述外側支撐架上，且所述傳感器信號采集模塊與多個所述觸覺傳感器電連接。