[發(fā)明專利]一種基于無(wú)網(wǎng)格傳感平面的柔性多模態(tài)觸覺(jué)感知系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211336024.5
• 申請(qǐng)日: 2022-10-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115523943A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 疏靜;張衛(wèi)東;朱曉波;高家樂(lè);戴祎杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/12
• 分類號(hào): G01D5/12;G01D21/02;G06N3/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 王安

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于無(wú)網(wǎng)格傳感平面的柔性多模態(tài)觸覺(jué)感知系統(tǒng)，其中無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K用于感知多模態(tài)觸覺(jué)信息并轉(zhuǎn)化為電阻信息，邊緣電極模塊包括N根電極，均嵌入在無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K邊緣，N根電極分布式排列，互相均不接觸，任意兩根電極組成一個(gè)電阻通道，電阻測(cè)量電路模塊用于記錄邊緣電極模塊中多路通道電阻變化信息并輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊用于輸出多模態(tài)觸覺(jué)信息。本發(fā)明的技術(shù)方案中采用多根邊緣電極相互組成電阻測(cè)量通道，電阻測(cè)量通道數(shù)影響多模態(tài)觸覺(jué)信息的感知精度，在保留精度的情況下能夠顯著減少電極數(shù)量，避免復(fù)雜的導(dǎo)線互連，可以對(duì)多模態(tài)的觸覺(jué)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、精確的感知。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于傳感感知領(lǐng)域，具體涉及一種基于無(wú)網(wǎng)格傳感平面的柔性多模態(tài)觸覺(jué)感知系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)高精度的觸覺(jué)感知，傳統(tǒng)的柔性觸覺(jué)傳感系統(tǒng)中往往分布著大量且密集的傳感器單元，每個(gè)傳感器單元單獨(dú)響應(yīng)施加在其上的觸覺(jué)信息后將感知信號(hào)傳遞出來(lái)。受到陣列設(shè)計(jì)、電極數(shù)量以及電極排布的制約，傳統(tǒng)柔性觸覺(jué)傳感系統(tǒng)往往面臨精度、面積和成本等各方面的問(wèn)題。因此如何通過(guò)低成本且高效的方式實(shí)現(xiàn)大面積高精度的觸覺(jué)傳感是傳感技術(shù)發(fā)展中非常關(guān)鍵的技術(shù)難題。

此外，人的觸覺(jué)除了感知壓力以外，還能對(duì)溫度，濕度，滑動(dòng)，震動(dòng)等多種模態(tài)的外界物理信息實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的精確感知，而傳統(tǒng)的柔性觸覺(jué)傳感系統(tǒng)由于受到陣列中單元密度和電路復(fù)雜度的限制，每個(gè)傳感單元通常只能響應(yīng)單個(gè)模式的物理信號(hào)，難以模仿人的真實(shí)觸覺(jué)實(shí)現(xiàn)多模態(tài)觸覺(jué)信息的同步感知，同時(shí)也無(wú)法避免信號(hào)分析過(guò)程中復(fù)雜的解耦合過(guò)程，不利于廣泛使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于無(wú)網(wǎng)格傳感平面的柔性多模態(tài)觸覺(jué)感知系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案為：一種基于無(wú)網(wǎng)格傳感平面的柔性多模態(tài)觸覺(jué)感知系統(tǒng)，包括無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K、邊緣電極模塊、電阻測(cè)量電路模塊、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；

所述無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K用于感知多模態(tài)觸覺(jué)信息并轉(zhuǎn)化為電阻信息；

所述邊緣電極模塊包括N根電極，均嵌入在無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K邊緣，N根電極分布式排列，互相均不接觸，任意兩根電極組成一個(gè)電阻通道，N根電極組成個(gè)電阻通道；

所述電阻通道數(shù)大于等于所需感知的多模態(tài)觸覺(jué)信息維度；

所述電阻測(cè)量電路模塊用于記錄邊緣電極模塊中路通道電阻變化信息并輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊；

所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊用于輸出多模態(tài)觸覺(jué)信息，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的輸入數(shù)共為個(gè)。

進(jìn)一步的，所述無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K為微結(jié)構(gòu)，基底材料為絕緣材料，基底材料中摻雜導(dǎo)電填料；無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲袉卧獠糠庋b柔性材料。

進(jìn)一步的，所述多模態(tài)觸覺(jué)信息包括但不限于單點(diǎn)或多點(diǎn)壓力大小、壓力作用位置、壓力作用形狀、壓力作用面積、壓力作用方向、溫度、濕度；

所述壓力作用形狀包括三角形，四邊形，六邊形，十二邊形或其余多邊形。

進(jìn)一步的，所述邊緣電極模塊嵌入在無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K邊緣；

所述電極的一端均嵌入無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K，另一端伸出無(wú)網(wǎng)格柔性平面?zhèn)鞲心K，電極之間互不交叉。

進(jìn)一步的，所述微結(jié)構(gòu)包括多孔結(jié)構(gòu)、含骨架結(jié)構(gòu)、表面凸起結(jié)構(gòu)；

所述基底材料包括橡膠、PI、PVDF、PDMS、PEDOT:PSS中的一種或多種；所述導(dǎo)電填料包括炭黑、碳納米管、石墨烯以及納米金屬顆粒中的一種或多種。

進(jìn)一步的，所述電阻測(cè)量電路模塊為時(shí)分復(fù)用多路電阻測(cè)量電路，測(cè)量邊緣電極模塊中不同電極組合之間的電阻，包括控制單元，通路選擇單元，電阻測(cè)算單元，數(shù)據(jù)傳輸單元；