一种识别三维方向的触觉传感系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种识别三维方向的触觉传感系统及其设计方法，该方法包括以下步骤：S1、建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型；S2、在三维模型的表面设置多片压力传感器，内部设置有微处理器，并将各个压力传感器与微处理器的对应引脚相连，进行数据采集；S3、微处理器与外部处理端通过无线方式进行触觉传感数据的传输；S4、外部处理端接收到触觉传感数据后，对其进行编程处理。本发明专利技术够准确的采集三维方向上的触觉压力信息，采集精度高、响应速度快，且能够重复采集，不受外界音频及谐波的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人触觉传感领域，尤其涉及一种识别三维方向的触觉传感系统及其设计方法。
技术介绍
近年来，随着科学技术的发展和工业化自动水平的提高，智能化产品(如智能机器人)已经成为目前国内外学术前沿和研究重点。而触觉传感技术在智能机器人感知能力中起着不可替代的作用，是对视觉传感技术的重要补充。触觉传感器可以判断机器人是否接触到外界物体或者测量被接触物体的物理特征，因此，触觉传感技术更接近智能化的精髓，它相当于一条纽带连接着感觉与行动，是智能化操作中必不可少的一部分。因此触觉感知可以提高人机交互水平从而实现复杂环境下机器人的自主操作。目前触觉传感技术大多用于物体形状的识别，这远远落后于人的触觉感知系统。由于一般的人机交互涉及到多维动力学，而触觉阵列系统仅具有单向压力感知能力，这意味它很容易识别二维方向，难以识别三维方向。但三维方向识别对人机交互非常重要，它能够把人的意图转化成可被智能识别的信息。在本专利技术中，将使用单点式触觉传感器，贴在球体模型表面，用来研究三维方向的识别。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中触觉阵列系统仅具有单向压力感知能力，难以识别三维方向压力的缺陷，提供一种能够准确的、迅速的识别三维方向的触觉传感系统及其设计方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提供一种识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，包括以下步骤：r>S1、建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型；S2、在三维模型的表面设置多片压力传感器，内部设置有微处理器，并将各个压力传感器与微处理器的对应引脚相连，进行数据采集；S3、微处理器与外部处理端通过无线方式进行触觉传感数据的传输；S4、外部处理端接收到触觉传感数据后，对其进行编程处理。进一步地，本专利技术的步骤S1中建立三维模型的具体方法包括：S11、选取一个基准面，画出二维草图，包括一个半圆、一条曲线和一个正方形，然后用旋转凸台命令，以轴线为中心旋转，得到三维立体图；S12、使用抽壳命令，将球体内部挖空；S13、使用拉伸切除命令，根据压力传感器的数量，将球体切出多个用于安装传感器的孔，并在球体的圆柱形底座上设置多个用于安装固定螺丝的螺丝孔。进一步地，本专利技术的步骤S1中建立三维模型的具体方法还包括：S14、选取一个基准面，画出一个正方形的二维草图，然后用旋转凸台命令，以轴线为中心旋转，得到三维立体图，即长方体底座；S14、选取一个基准面，画出一个正方形的二维草图，然后使用拉伸凸台命令，将正方形拉伸一定的高度，得到三维立体图，即长方体底座；S15、在长方体底座的中间设置多个用于安装螺丝的螺丝孔。进一步地，本专利技术的步骤S4中电脑对数据进行处理的方法具体为：打开MATLAB运行界面，设置好通信串口和波特率以及采集数据的组数，点击“start”按钮开始采集数据，同时对传感器某一正方向施力几秒钟后，数据采集完毕，并且自动存到MATLAB中；然后点击“resultant_force”按钮可以在运行界面上看到传感器的受力情况；点击“RBF_train”按钮可以看到处理数据后的残差；点击“Recognition”按钮，可以看到东、西、南、北、下几个方向上受力的组数，从而验证三维方向受力的准确度。本专利技术提供一种识别三维方向的触觉传感系统，包括内空球体，所述内空球体根据权利要求1-4所述的设计方法得到，所述内空球体上设置有多个孔，每个孔上安装有一个压力传感器，所述内空球体的内部设置有微处理器，所述微处理器通过引线与所述压力传感器相连；所述微处理器还连接有无线通信模块，所述无线通信模块将所述压力传感器采集到的触觉传感数据发送给外部处理端，并通过所述外部处理端上的操作界面对接收到的压力数据进行处理。进一步地，本专利技术的所述内空球体的厚度为8mm。进一步地，本专利技术的所述内空球体底部还设置有支撑底座。进一步地，本专利技术的所述压力传感器有20片以上。进一步地，本专利技术的所述压力传感器使用FSR传感器。进一步地，本专利技术的所述无线通信模块使用蓝牙通信的方式。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术的识别三维方向的触觉传感系统，通过建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型，然后在其表面设置多个压力传感器，进而通过蓝牙将压力传感器采集到的数据传送给电脑接收端进行处理；该系统能够准确的采集三维方向上的触觉压力信息，采集精度高、响应速度快，且能够重复采集，不受外界音频及谐波的影响。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的设计方法的方法流程图；图2是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的结构示意图；图3是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的原理框图；图4是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的串口通信模块原理图；图5是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的串行通信数据格式图；图6是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的微处理器的FSR材料的压力与电导、电阻的关系曲线图；图7是本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的数据采集和处理的界面；图中，1-内空球体，2-压力传感器，3-微处理器，4-无线通信模块，5-外部处理端。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例的识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，包括以下步骤：S1、建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型；S11、选取一个基准面，画出二维草图，包括一个半圆、一条曲线和一个正方形，然后用旋转凸台命令，以轴线为中心旋转，得到三维立体图；S12、使用抽壳命令，将球体内部挖空；S13、使用拉伸切除命令，根据压力传感器的数量，将球体切出多个用于安装传感器的孔，并在球体的圆柱形底座上设置多个用于安装固定螺丝的螺丝孔。S14、选取一个基准面，画出一个正方形的二维草图，然后使用拉伸凸台命令，将正方形拉伸一定的高度，得到三维立体图，即长方体底座；S15、在长方体底座的中间设置多个用于安装螺丝的螺丝孔。S2、在三维模型的表面设置多片压力传感器，内部设置有微处理器，并将各个压力传感器与微处理器的对应引脚相连，进行数据采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型；S2、在三维模型的表面设置多片压力传感器，内部设置有微处理器，并将各个压力传感器与微处理器的对应引脚相连，进行数据采集；S3、微处理器与外部处理端通过无线方式进行触觉传感数据的传输；S4、外部处理端接收到触觉传感数据后，对其进行编程处理。

【技术特征摘要】
1.一种识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，其特征在于，包括以
下步骤：
S1、建立三维模型，并用3D打印机打印出该三维模型；
S2、在三维模型的表面设置多片压力传感器，内部设置有微处理器，并将
各个压力传感器与微处理器的对应引脚相连，进行数据采集；
S3、微处理器与外部处理端通过无线方式进行触觉传感数据的传输；
S4、外部处理端接收到触觉传感数据后，对其进行编程处理。
2.根据权利要求1所述的识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，其
特征在于，步骤S1中建立三维模型的具体方法包括：
S11、选取一个基准面，画出二维草图，包括一个半圆、一条曲线和一个
正方形，然后用旋转凸台命令，以轴线为中心旋转，得到三维立体图；
S12、使用抽壳命令，将球体内部挖空；
S13、使用拉伸切除命令，根据压力传感器的数量，将球体切出多个用于
安装传感器的孔，并在球体的圆柱形底座上设置多个用于安装固定螺丝的螺丝
孔。
3.根据权利要求2所述的识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，其
特征在于，步骤S1中建立三维模型的具体方法还包括：
S14、选取一个基准面，画出一个正方形的二维草图，然后使用拉伸凸台
命令，将正方形拉伸一定的高度，得到三维立体图，即长方体底座；
S15、在长方体底座的中间设置多个用于安装螺丝的螺丝孔。
4.根据权利要求1所述的识别三维方向的触觉传感系统的设计方法，其
特征在于，步骤S4中电脑对数据进行处理的方法具体为：
打开MATLAB运行界面，设置好通信串口和波特率以及采集数据的组数，
点击“start”按钮开始采集数据，同时对传感器某一正方向施力...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴皓莹，谢威，吕锋，王丹凤，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42