[发明专利]一种具有远距离接近觉的大面积覆盖电子皮肤系统

说明书

本发明涉及一种具有远距离接近觉的大面积覆盖电子皮肤系统，其包括：基本感知单元；基本感知单元包括若干感知模组以及处理模组，感知模组之间可相互扩展对联，感知模组包括接触力觉检测模块以及远距离接近觉感知模块；中枢单元，与基本感知单元相连，实时采集基本感知单元的感知数据，并实时监控基本感知单元的工作状态，并对采集的感知数据进行处理；通过融合电子皮肤系统中激活感知单元的远距离接近觉和接触力觉感知信息，融合机器人本体觉，估计接近物空间位置，接近速度和方向，形状大小，融合机器人运动规划路径信息，预测碰撞概率，通过碰撞识别深度学习神经网络模型计算，估计碰撞场景类别、碰撞危险性。

技术领域

本发明具体涉及一种具有远距离接近觉的大面积覆盖电子皮肤系统，主要针对新型人机协作机器人需要大面积覆盖的电子皮肤部位的触觉信息及远距离接近觉信息的采集与处理。

背景技术

在工业领域，很多需要复杂认知和对突发情况进行灵活处理的工作目前只能由机器人与人类共同合作完成，这就需要机器人与人类共处同一工作空间。在生活服务领域，更是难以做到将机器人与人类完全隔离。因此，如何使机器人与人类能够在同一空间中安全和谐的协作是机器人发展的一个重要方向。这其中，机器人与人类以及机器人与周围非结构化的环境之间可能发生的碰撞的检测是实现人机共融的关键技术。目前，在这方面进行了大量的研究，提出了很多的成果，但是均不成熟，得到实际应用的也很少。主要的相关技术及缺陷包括：（1）采用通过机器人关节扭矩力或关节电机电流检测来识别碰撞，缺点是可靠性差，场景适应性差，建模复杂传感器成本高；（2）采用机器视觉或激光雷达来检测碰撞，视野小，易受到环境光线变化、遮挡等影响，算法处理复杂，可靠性不好，检测精度差，无法处理微距离碰撞；（3）随着近年来电子皮肤技术的发展，提出了采用带力触觉传感器和近距离接近觉传感器阵列的电子皮肤来检测碰撞的方案，但是因检测距离太短，往往在碰撞已经发生才能检测到，或接近发生时虽然检测到了但是由于距离太短，响应时间不足，无法做到碰撞规避动作的及时响应。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有远距离接近觉的大面积覆盖电子皮肤系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种具有远距离接近觉的大面积覆盖电子皮肤系统，其包括：

基本感知单元；所述基本感知单元包括若干感知模组以及处理模组，所述感知模组之间可相互扩展对联，所述感知模组包括用于感知接触力感知信息的接触力觉检测模块以及用于感知接近物信息的远距离接近觉感知模块；

中枢单元，与基本感知单元相连，实时采集基本感知单元的感知数据，并实时监控基本感知单元的工作状态，并对采集的感知数据进行处理；

其中，采用贝叶斯信息融合算法与接触力优先算法对感知模组感知的接触力感知信息及接近觉感知信息进行融合处理，实现接近物在较远位置以远距离接近觉感知信息为主感知接近物，接近物在感知单元附近时采用远距离接近觉和接触力感知信息融合处理感知接近物，当接近物全面接触基本感知单元时以接触力觉感知信息为主感知接近物。

所述接触力觉检测模块包括接触力传导硅胶层，若干薄膜压阻式力触觉传感器、压力缓冲硅胶层、柔性电路板层，所述薄膜压阻式力触觉传感器间隔设置在柔性电路板层上侧，其上方依次设有压力缓冲硅胶层以及接触力传导硅胶层。

所述远距离接近觉检测模块包括TOF远距离红外测距传感器。

所述感知模组设有可用于感知模组部署位置视觉标定时作为位置参考光源的检测状态灯。

所述感知模组及处理模组均设有可用于扩展连接的扩展单元接口。

所述中枢单元与基本感知单元通过CAN总线接口通信连接。

所述中枢单元与机器人主计算机之间基于一级网络通信连接，所述中枢单元与基本感知单元之间基于二级网络通信连接，所述基本感知单元与下级扩展感知单元基于三级网络通信连接。