人机互动的触觉感测装置及其方法制造方法及图纸

一种人机互动的触觉感测装置，包括：　　　　一接触界面；　　　　一触觉感测模块，与该接触界面耦接，用于感测与外界的一外力触摸，以产生对应该外力触摸的一连串时序数据；　　　　一控制器，与该触觉感测模块耦接，用以接收该一连串时序数据，并根据一几何运算，计算并判断出一触摸型态，藉以产生一控制讯号；以及　　　　一致动单元，与该控制器耦接，并依据该控制讯号，产生对应该触摸型态的一互动反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种人机互动装置及其方法，特别是涉及一种利用触觉感测 的人机互动装置及其方法。
技术介绍
机器人需要多元化的输入才能与人产生多元化的互动。传统的机器人或娱乐玩具通常都只有ON/OFF开关式的传感器或阵列式的大量传感器检测 大面积的触4莫，由于系统输入讯号的信息太少或过多而无法运算，因此无法 实现多元化的人机互动。图1为人机互动的一般架构示意图，其显示经由视觉、听觉与触觉等的 信息输入，感测融合分析判断外界的情形，输出合成动作以实现人机互动的 目的。例如，日本专利早期公开特开2001-038658所披露的人机互动，其利 用触觉传感器感测致动器的阻抗，以实现人机互动的目的。另外，又如日本 专利早期公开特开2003-117256所披露的人机互动，其利用电容原理使装置 的触须在被人触摸时能做出固定的互动动作。上述两种人机互动均经由触觉 传感器来与人互动。但是，前者需要精密的设计才能使致动器与人的互动有 较好的效果，后者只能有固定的感测模式，导致互动单调。上述两件专利均 缺乏多元的信息，且具有系统架构复杂以及成本较高的问题。因此，在实用 化与多元化方面两者均需要改进。
技术实现思路
有鉴于上述问题，本专利技术提出一种人机互动的触觉感测装置及方法，其 利用至少一组触觉感测模块，并藉由运算法运算时序数据以判断触摸方式， 即可以感测被触摸的力道、范围与时间等。经由所取得的信息，通过致动器、 发声器或显示器等来输出动作或声响而与人产生互动，进而达到低成本且多 元化的互动解决方案。本专利技术提出一种人机互动的触觉感测装置，其至少包括接触界面、触觉感测模块、控制器以及致动单元。触觉感测模块与接触界面耦接，用于感测 与外界的外力触摸，以产生对应外力触摸的一连串时序数据。控制器与触觉 感测模块耦接，用以接收前述一连串时序数据，并根据几何运算，计算并判 断出触摸型态，藉以产生控制讯号。致动单元与该控制器耦接，并依据控制 讯号，产生对应触摸型态的互动反应。此外，本专利技术还提出一种人机互动的触觉感测方法，其至少包括下述步 骤。对接触界面进行外力触摸。以触觉感测的方式，感测上述外力触摸，以 产生对应上述外力触摸的一连串时序数据。接着，根据几何运算与上述一连串时序数据，计算并判断出对应上述外力触摸的触摸型态。依据上述触摸型态，合成互动反应，并输出到外界，以达到人机良好的互动。在上述装置或方法中，上述一连串时序数据可以例如是外力触摸的受力点的位置和时间关系，或是受力大小和时间关系，或是受力大小、位置和时间关系。此外，上述与外界的互动反应可为各种肢体动作反应形成不同速度、位 置、力量的互动表达或改变肢体结构刚性。或者，利用发声器表达语音、音 乐、预录的声音。亦或利用显示装置表达图像、文字、颜色、色彩、明暗、 闪烁、图形等影像。综上所述，本专利技术利用触觉传感器的时序数据，判断出装置被触摸的方 式，藉以合成不同的行为，产生人机互动行为。此外，本专利技术还以低成本的 触觉传感器与控制器，检测面积式的触摸位置变化，即可达到多功能的人机 互动。为使本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较 佳实施例，并结合附图详细说明如下。附图说明图l绘示人机界面的互动反应与外界的关系示意图。图2与3绘示本专利技术的触觉感测模块与外界的关系示意图。图4A与4B说明受力为线性与非现时的计算方法。图5绘示被动式触觉模式的例子示意图。图6绘示被动式触觉模式的另一例子示意图。图7绘示被动式触觉模式的另一例子示意图。图8绘示主动式触觉模式的例子示意图。图9绘示本专利技术的方法流程示意图。图IO绘示本专利技术的另一个应用例。附图符号说明 10:控制器12、 12a、 12b、 12c:触觉传感器 14:致动器 20:外界环境 30:接触界面具体实施例方式图2为依据本专利技术实施例所绘示的人机互动的触觉感测装置的示意图。 如图2所示，人机互动的触觉感测装置包括触觉感测模块12、控制器10、 致动单元14,其中触觉感测模块12耦接于控制器10。此外，还可以包括模 拟数字转换器ADC，耦接于触觉感测模块12与控制器10之间，用以对一 连串时序数据进行模拟数字转换。此外，也还可以包括数字模拟转换器DAC， 耦接于控制器10与致动单元14之间。如图3所示，触觉感测才莫块12可以是应变计(strain gauge)或导电橡胶 (conductive rubber)。触觉感测模块12则可以安装在一接触界面30上。此接 触界面30提供外界(例如人类)与互动装置(例如机器人)间的触摸界面。此接 触界面30可以是软质界面或硬质界面。此外，上述的触觉感测模块12还可以例如是压力、力量、电容、位移 传感器的其中之一，其端视所要检测的触摸物理量为何，而做适当的选择。触觉感测模块12可根据在接触界面30上的施力点的施压/施力的情形， 而得到一组时序数据Fn(f,T),其中f为触觉感测模块12,亦即受力大小。T 为撷取的时间，触觉感测模块12可以每隔一段时间At进行数据撷取。此时 间At可以固定或随机。为了比较精确地在接触界面30感测到面积式(二维)的触摸模式，较佳是使用三个触觉感测模块。当然，实际上使用个数量并不 特别限制。控制器10可以经由模拟数字转换器ADC撷取触觉感测模块12所读取到的数据。接着，例如以图4A、 4B所示的几何运算方式的算法，可以计算 得知F(f, X， Y， T)。亦即，即可计算出受力大小(f)、位置(X，Y)以及时间(T)。 藉此，控制器10可根据连续的Fm(f, X, Y, T)判断与外界的触摸模式。待控制器10判断出触摸模式后，便依据判断出来的触摸模式，经由数 字模拟转换器将控制讯号传送给致动器14。藉此，使致动器14对外界的触 摸产生对应的互动反应。此互动反应可为各种肢体动作的反应，其可形成不 同速度、位置、力量的互动表达；或改变肢体结构刚性或发声器表达语音、 音乐、预录的声音；或显示装置表达图像、文字、颜色、色彩、明暗、闪烁、 图形等影像。接着，以图4A与4B来说明受力为线性与非现时的计算方法。亦即， 说明上述F(f，X,Y，T)的计算方法。以下说明分成(l)感测模块受力与距离成线 性关系、以及(2)感测模块受力与非线性关系，若为非线性关系可用查表方式 加速运算。在此用三角定位法来做说明。首先，先说明受力与距离成线性关 系的情形。如图4A所示，夯I设/;、/2、力分别为触觉传感器12a、 Ub、 12c分别感 测到的受力大小(读值)，而//、 /2、 /3为触觉传感器12a、 12b、 12c到受力点 间的距离。外界(例如人)在接触界面30上的碰触位置的施力大小为F,亦即 外界的实际接触力。因为受力与距离成线性关系，所以fi与l,成反比，各触 觉传感器12a、 12b、 12c的感测到的受力大小可以表示成下面的数式。<formula>see original document page 7</formula>，其中=1, 2， 3 (1)<formula>see original document page 7</formula>K=F，其中K为常数 (2)此例中是以配置三个触觉传感器12a、 12b、 12c来做说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种人机互动的触觉感测装置，包括一接触界面；一触觉感测模块，与该接触界面耦接，用于感测与外界的一外力触摸，以产生对应该外力触摸的一连串时序数据；一控制器，与该触觉感测模块耦接，用以接收该一连串时序数据，并根据一几何运算，计算并判断出一触摸型态，藉以产生一控制讯号；以及一致动单元，与该控制器耦接，并依据该控制讯号，产生对应该触摸型态的一互动反应。2. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该一连串时序数 据为该外力触摸的受力点的位置和时间关系。3. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该一连串时序数 据为该外力触^f莫的受力大小和时间关系。4. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该一连串时序数 据为该外力触摸的受力大小、位置和时间关系。5. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，还包括 一模拟数字转换器，耦接于该触觉感测模块与该控制器之间，用以对该一连串时序数据进行模拟数字转换；以及一数字模拟转换器，耦接于该控制器与致动单元之间。6. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该接触界面为一 软质界面或一硬质界面。7. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该触觉感测模块 可为压力、力量、电容、或位移传感器。8. 如权利要求1所述的人机互动的触觉感测装置，其中该触觉感测模块 至少由三个传感器所构成，藉以检测出一二维式触摸型态。9. 如权利要求8所述的人机互动的触觉感测装置，其中所述传感器为应 变计或导电橡胶。10. 如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾国师，陈秋旺，朱怡铭，王维汉，游鸿修，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：