[发明专利]一种多模态触觉感知装置及其应用方法

说明书

本发明公开一种多模态触觉感知装置及其应用方法，包括特定方盒单元，气泵单元，柔性触觉传感器单元，光源单元，图像采集单元和加速度采集单元。其中气泵与装置通过管道连接，柔性触觉传感器单元安装在方盒不封闭的一面，光源单元包括RGB(红色，绿色和蓝色)三个灯珠分别安装在方盒的三侧内壁上，图像采集单元安装在方盒的底面，加速度采集单元安装在方盒的底部内壁上。本发明将柔性材料帆布作为触感装置的接触面，可同时触发两种异构触觉信息：分别为触觉序列和触觉图像，再通过拟合，定量的刻画物理世界中的触觉、滑觉等信息。本发明装置在与被测物体接触或者滑动时，能够同时感知到力触觉量、RGB图像、深度图像、加速度等多种模态的触觉信息。

技术领域

本发明涉及机器人传感技术领域，特别是涉及一种多模态触觉感知装置及其应用方法。

背景技术

触觉是机器人感知外部环境的重要信息来源。随着触觉感知技术和交互技术的广泛应用,机器人触觉传感技术得到了机器人研发人员的高度关注。目前常见的触觉传感器有压阻式、电容式、光电式等，而它们大多存在密度难以提高、电路处理复杂等问题。为了克服以上不足，近年来出现了基于视觉的触觉传感装置，具有结构简单、信息丰富等优势,但现有触觉传感装置在信息弱配对和单一的触觉感知方式方面仍然有很大的提升空间。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多模态触觉感知装置及其应用方法，本发明就是针对现有触觉传感装置存在信息弱配对和单一的触觉感知方式这两个共性问题，发明了一种多模态触觉感知装置。该装置主体为黑色方盒，其中一面不封闭，贴上帆布力触觉传感器，在使用过程中，利用气泵通过装置侧面的一个小口，给装置内部打气，使被测物与帆布力传感器接触时力触觉传感器的形变更加明显。该传感器的用法是：柔性触觉传感器垂直朝下压住被测物，水平移动装置使得帆布面与被测物接触并且产生形变，该触觉传感器表面的16个触点将读取的AD信号返回给MCU处理，同时装置上搭载了加速度传感器，可以获取我们测量过程中的加速度信号，在装置内部还放置了RGB灯珠提供红、绿、蓝三种颜色的光源，底部的双目摄像头可以读取物体在帆布力触觉传感器上滑动产生的RGB图像和深度图像，这些信息经过拟合，可以同时获取触觉序列、触觉图像和加速度信息，使装置在感知物体时不存在弱配对就可以获得多模态触觉信息。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多模态触觉感知装置，包括方盒单元，气泵单元，柔性触觉传感器单元，光源单元，图像采集单元和加速度采集单元；所述气泵单元与所述方盒单元通过管道连接，所述柔性触觉传感器单元设置在所述方盒单元上，所述光源单元设置在所述方盒单元侧壁上，所述图像采集单元设置在所述方盒单元底部，所述加速度采集单元设置在所述方盒单元底部。

进一步地，所述方盒单元为长方体空心外壳，所述外壳为黑色亚克力板材料制成，所述长方体有一面不封闭。

进一步地，所述气泵单元为自动充气装置。

进一步地，所述的柔性触觉传感器单元包括帆布力触觉传感器和外围电路，所述帆布力触觉传感器安装在所述长方体不封闭一侧，所述外围电路外置。所述帆布力触觉传感器为纳米力敏材料与柔软的帆布结合，所述帆布力触觉传感器一共有五层，包括两层帆布层、两层薄膜层和纳米力敏材料层。

进一步地，所述的光源单元包括RGB(红色，绿色和蓝色)三个灯珠，分别用热熔胶贴在所述方盒单元三面侧壁。

进一步地，所述的图像采集单元为100万像素高清双目摄像头，安装在所述方盒单元底部。

进一步地，所述加速度采集单元为基于MPU6050芯片的WT61C传感器，安装在所述方盒单元底部。

进一步地，所述力敏材料层共有16个感应点区域，成4×4矩阵对称分布，每个感应点区域均匀分布等量纳米力敏材料。

一种多模态触觉感知装置的应用方法，包括以下步骤：