專利名稱：一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人機智能控制傳感技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
多關(guān)節(jié)、多自由度的機器人多指靈巧手是目前機器人領(lǐng)域的研究熱點，它是一種可執(zhí)行精細操作的末端執(zhí)行器，與機器手臂配合，機器人多指靈巧手可實現(xiàn)精細定位或操作以完成各種靈活、準(zhǔn)確的動作。目前，機器人手臂主要有兩種操作方式:自主操作和遙操作。自主操作在無人為干預(yù)的情況下，利用自身攜帶的多種類型傳感器感知自身以及環(huán)境的狀態(tài)，通過規(guī)劃和控制算法實現(xiàn)自主行為或動作。如果作業(yè)本身十分復(fù)雜，需要很強的識別力、判斷力和實際作業(yè)能力，會對運動規(guī)劃、控制理論提出很高的要求；遙操作機器人在遠端完成主機(人)的對應(yīng)操作，由人來完成高級識別、判斷并下達操作指令。遙操作機器人的優(yōu)點在于:直接通過人下達動作指令，靈巧手通過模仿人手的動作完成操作指令。目前，遙操作機器人已經(jīng)在空間、深海以及原子反應(yīng)堆 等危險場合得到了大量應(yīng)用?！爸鲝姆绞健笔沁b操作機器人技術(shù)中的重要操作方式，該方式采用與實際作業(yè)機器人手臂相同的多連桿機構(gòu)充當(dāng)操縱裝置，由于操縱該裝置(主臂)的操縱者手部位置與機器人手臂(從臂)位置相對應(yīng)，因而操縱者可以通過以直接接近作業(yè)的形態(tài)來操控機械手。主從方式的優(yōu)點在于直觀，且接近直接作業(yè)的形態(tài)。不僅如此，從臂所承受的環(huán)境力也可以反饋給主臂(力反饋型，從臂上的傳感器檢測環(huán)境力，主臂以此為目標(biāo)值進行力的控制)，實現(xiàn)雙向控制，這種方式可以讓操作者的感覺更加接近直接操作，實現(xiàn)“臨場感”。主從操控型機器人的機械手中比較典型的兩種分別是機械式主從型機械手和伺服型機械手。機械式主從機械手比較簡單，它沒有電路部分，主臂和從臂完全以機械方式結(jié)合，這種方式可以讓操縱者直接感受從臂所感受到的環(huán)境力，但同時也限制了主臂和從臂的距離，兩者不能相隔太遠(這限制了它的應(yīng)用，例如在放射性強的場合不適用等)。由于機械式主從機械手作業(yè)范圍的限制，科學(xué)家們于1954年開發(fā)出了第一臺伺服型機械手，這種機械手的主臂與從臂兩側(cè)采用電氣連接，為了能夠?qū)崿F(xiàn)主臂的行為指令，從臂一側(cè)設(shè)計有伺服系統(tǒng)。這種機械手的好處在于大大增加了作業(yè)范圍，但是如果想要感受從臂所受到的環(huán)境力，主臂一側(cè)也必須設(shè)計一套伺服系統(tǒng)來重現(xiàn)從臂所受到的環(huán)境力，即所謂的雙向控制。目前關(guān)于機器人靈巧手在人機交互方面的研究更多的著眼于用人手的動作去控制機器人靈巧手的行為，靈巧手上的傳感器輸出的觸覺信號也只是傳給控制器。實現(xiàn)用人手直接感知機器人靈巧手所感知到的環(huán)境因素，并直接控制靈巧手的行為，將機器人靈巧手真正作為人手的延伸，這種人機交互感知的能力對于在人類無法到達的區(qū)域或者危險區(qū)域進行作業(yè)具有重要意義(可以讓人及時地感知遠端的被操作對象并迅速地做出反應(yīng)，例如迅速遠離高溫危險物體)。然而，在臨場感技術(shù)方面，目前只部分實現(xiàn)了力反饋控制，而質(zhì)感，姿態(tài)和溫度的感知仍處于探索階段。在這當(dāng)中，溫度的交互感知能力可以讓操縱者直接體驗操作對象的真實屬性，另一方面對于機器人靈巧手及時避開高溫危險物體確保機器人靈巧手的安全也具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以讓人在遙操作機器人靈巧手的同時，感知到機器人靈巧手所感知到的溫度和壓力，實現(xiàn)所謂的“臨場感”。為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，包括機器靈巧手、溫度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感信號處理電路、壓力傳感信號處理電路、傳感信號傳輸系統(tǒng)、溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)和壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)；溫度傳感器和壓力傳感器固定設(shè)置于機器靈巧手上，溫度傳感器采集機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號，并將該信號傳送至溫度傳感信號處理電路，溫度傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)將該電信號輸出至溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)；壓力傳感器采集機器手所受壓力信號，并將該信號傳送至壓力傳感信號處理電路，壓力傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)將該信號輸出至壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)。進一步，所述傳感信號傳輸系統(tǒng)為無線傳輸系統(tǒng)。進一步，所述機器靈巧手為虛擬機器手。 進一步，所述溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)采用電極刺激方式實現(xiàn)溫度感知。進一步，所述溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)還包括溫度顯示裝置。進一步，所述壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)采用電極刺激方式實現(xiàn)壓力感知。

本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的適用于遙操作機器人靈巧手的具有溫度交互感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，可以讓人在遙操作機器人靈巧手的同時，感知到機器人靈巧手所感知到的溫度和壓力，實現(xiàn)所謂的“臨場感”。這種人機交互技術(shù)可以讓操作者實現(xiàn)機器人在隨機環(huán)境中難以做到的規(guī)劃和決定，而機器人則可在人所不能達到的環(huán)境中(核輻射、海底或外太空)進行精細操作，使得機器人靈巧手成為人手的延伸。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。如圖1所示，本發(fā)明提出的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，包括機器靈巧手、溫度傳感器、壓力傳感器、壓力傳感信號處理電路、傳感信號傳輸系統(tǒng)、溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)和壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)。其中，機器靈巧手用于在實際環(huán)境中進行各種動作，溫度傳感器和壓力傳感器固定設(shè)置在機器靈巧手上，用于采集機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號和壓力信號。溫度傳感器對機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號進行采集，壓力傳感器對機器靈巧手所處環(huán)境的壓力信號進行采集，目的是為了在控制端，也就是人手端進行溫度再現(xiàn)，以使控制端的人手感知到機器人靈巧手所感知到的溫度和壓力，實現(xiàn)所謂的“臨場感”。系統(tǒng)的具體工作流程為:一方面，溫度傳感器采集機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號，并將該信號傳送至溫度傳感信號處理電路，溫度傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)作為一種傳輸中介，將該電信號輸出至溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)。溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)是用于實現(xiàn)臨場環(huán)境溫度再現(xiàn)的裝置，它可以采用電極刺激的方式來實現(xiàn)溫度再現(xiàn)，也可以采用溫度伺服控制的方式來實現(xiàn)。其中，所謂電刺激方式實現(xiàn)溫度再現(xiàn)指的是通過微電極來對人手部位進行電刺激以此實現(xiàn)人手的溫度觸覺，當(dāng)微電極刺激裝置貼附于手上并通有特定電流的時候就會讓人產(chǎn)生特定的觸覺感受；所謂溫度伺服控制的方式是指:在人手一端采用伺服控制系統(tǒng)復(fù)制溫度傳感器所感知到的溫度，該伺服控制系統(tǒng)以溫度傳感信號處理電路的輸出信號為參考信號，系統(tǒng)中加熱裝置緊貼于手指上。另一方面，壓力傳感器采集機器靈巧手所受壓力信號，并將該信號傳送至壓力傳感信號處理電路，壓力傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)將該信號輸出至壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)。具體來說，壓力傳感器對壓力信號進行采集，并將采集到的信號轉(zhuǎn)換成電信號，該電信號經(jīng)過壓力傳感信號處理電路進行諸如放大等處理后經(jīng)過傳感信號傳輸系統(tǒng)傳送至壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)。壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)，目的是為了在控制端，也就是人手端進行壓力再現(xiàn)，以使控制端的人手感知到機器人靈巧手所感知到的壓力，實現(xiàn)所謂的“臨場感”。在這里，壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)既可以采用電極刺激的方式來實現(xiàn)壓力再現(xiàn)，也可以采用壓力伺服控制的方式來實現(xiàn)。其中，所謂電刺激方式實現(xiàn)壓力再現(xiàn)指的是通過微電·極來對人手部位進行電刺激以此實現(xiàn)人手的壓力感知觸覺，當(dāng)微電極刺激裝置貼附于手上并通有特定電流的時候就會讓人產(chǎn)生特定的觸覺感受；所謂壓力伺服控制的方式是指:在人手一端采用伺服控制系統(tǒng)復(fù)制壓力傳感器所感知到的溫度，該伺服控制系統(tǒng)以壓力傳感信號處理電路的輸出信號為參考信號，系統(tǒng)中加壓裝置緊貼于上述加熱裝置或者手指上。在本實施例中，作為信號傳輸中介的傳感信號傳輸系統(tǒng)可以采用有線信號傳輸系統(tǒng)，也可以采用無線信號傳輸系統(tǒng)。在具體的應(yīng)用過程中，可以根據(jù)實際環(huán)境和實際情況的需要進行選擇。作為本實施例的一種改進，在溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)中還包括有溫度顯示裝置。該溫度顯示裝置用于在控制端對現(xiàn)場環(huán)境的溫度值進行顯示，方便控制者了解機器靈巧手所處環(huán)境的具體溫度值。作為本實施例的另一種改進，機器靈巧手可以采用虛擬機器靈巧手。虛擬機器靈巧手可以作為一種模擬工具，實現(xiàn)交互感知系統(tǒng)的測試和訓(xùn)練等。最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:包括機器靈巧手、溫度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感信號處理電路、壓力傳感信號處理電路、傳感信號傳輸系統(tǒng)、溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)和壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)；溫度傳感器和壓力傳感器固定設(shè)置于機器靈巧手上，溫度傳感器采集機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號，并將該信號傳送至溫度傳感信號處理電路，溫度傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)將該電信號輸出至溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)；壓力傳感器采集機器手所受壓力信號，并將該信號傳送至壓力傳感信號處理電路，壓力傳感信號處理電路對信號進行處理后傳送至傳感信號傳輸系統(tǒng)，傳感信號傳輸系統(tǒng)將該信號輸出至壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感信號傳輸系統(tǒng)為無線傳輸系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:所述機器靈巧手為虛擬機器手。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)采用電極刺激方式實現(xiàn)溫度感知。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:所述溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)還包括溫度顯示裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)采用電極刺激方式實現(xiàn)壓力感知。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有溫度感知功能的多元觸覺交互感知系統(tǒng)，屬于人機智能控制傳感技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括機器靈巧手、溫度傳感器、壓力傳感器、溫度傳感信號處理電路、壓力傳感信號處理電路、傳感信號傳輸系統(tǒng)、溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)和壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)；溫度傳感器和壓力傳感器用于采集機器靈巧手所處環(huán)境的溫度信號和壓力信號，所采集到的信號通過傳感信號傳輸系統(tǒng)輸出至溫度感知再現(xiàn)系統(tǒng)和壓力感知再現(xiàn)系統(tǒng)，再現(xiàn)系統(tǒng)會對溫度和壓力情況進行再現(xiàn)，實現(xiàn)多元觸覺交互感知。本系統(tǒng)可以讓人在遙操作機器人靈巧手的同時，感知到機器人靈巧手所感知到的溫度和壓力，實現(xiàn)所謂的“臨場感”。
文檔編號B25J19/00GK103213143SQ20131014080
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者李耀, 施益智, 沈俊, 陳健, 馬磊, 張明焜, 傅艦艇, 張為 申請人:重慶綠色智能技術(shù)研究院