應用在智慧機器人上的觸覺感知方法以及觸覺感知裝置與流程

2023-07-12 02:37:26

本發明涉及一種智慧機器人領域，具體涉及一種應用在智慧機器人上的觸覺感知方法以及觸覺感知裝置。
背景技術：
：在智慧機器人領域，觸覺系統在智慧機器人的感覺系統中佔有非常重要的地位。目前有公開一種帶有觸覺系統的機器人，使用柔性電路板作為觸覺感知的載體，並使用觸摸感知晶片作為觸覺感受的檢測電路，實現機器人的觸覺感知能力。隨著智慧機器人的智能化程度的不斷提高，智慧機器人開始應用於家庭領域，例如給人帶來歡笑的寵物機器人，照顧家庭成員的護理機器人，這些都要求智慧機器人不僅能接收到外部信息，還能夠進行一定的處理，給予反饋。上述智慧機器人雖然帶有觸覺感應系統，但信息處理能力不足，從而智能化程度不高。技術實現要素：有鑑於此，本發明提供一種觸覺感知方法和觸覺感知裝置，應用在智慧機器人身上，使智慧機器人具有根據受力部位和受力大小表達不同情緒的能力。根據本發明的第一方面，提供一種應用在智慧機器人上的觸覺感知方法，包括以下步驟：獲取外部壓力信號，將所述外部壓力信號轉換為數位訊號；計算外部壓力信號持續的時間值，根據所述持續的時間值及數位訊號計算出數位訊號變化率；將所述數位訊號變化率與預設的變化閾值進行比較，從而確定外部壓力信號的類型；以及確定壓力產生位置，根據所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達 控制信號，從而觸發相應的情緒表達。優選地，若所述數位訊號變化率大於預設的第一變化閾值，則將所述外部壓力信號的類型確定為拍打，否則，將所述外部壓力信號的類型確定為撫摸。優選地，所述若所述數位訊號變化率大於預設的第一變化閾值，則將所述外部壓力信號的類型確定為拍打包括：第一變化閾值第二變化閾值第一變化閾值如果所述數位訊號變化率大於第一變化閾值而小於等於第二變化閾值，則將所述壓力信號的類型確定為輕微拍打；以及如果所述數位訊號變化率大於第二變化閾值，則將所述壓力信號的類型確定為用力拍打。優選地，所述情緒表達具體為：執行相應的機械動作、播放相應的提示語音和/或顯示相應的提示信息。優選地，所述計算外部壓力信號持續的時間值，根據所述持續的時間值及數位訊號計算出數位訊號變化率為：計算外部壓力信號持續的時間值，在所述持續的時間值內根據預設時間段選取所述預設時間段對應的數位訊號，根據所述預設時間段及所述預設時間段對應的數位訊號計算出數位訊號變化率。優選地，所述預設時間段為0.5-1.5秒。優選地，所述壓力產生位置包括所述智慧機器人的頭部、背部、前胸、腹部和/或前肢處。根據本發明的第二方面，提供一種應用在智慧機器人上的觸覺感知裝置，包括設置在智慧機器人上的：獲取外部壓力信號的壓力感知單元；將所述外部壓力信號轉換為數位訊號的模數轉換單元；用於計算所述外部壓力信號持續的時間值和數位訊號變化率，根據所述數位訊號變化率和預設的變化閾值比對確定所述外部壓力信號的類型的壓力類型判斷單元；用於根據所述外部壓力信號確定壓力產生位置的位置判斷單元；用於根據所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號的控制信號生成單元。優選地，所述情緒表達控制信號用於控制執行相應的機械動作、播 放相應的提示語音和/或顯示相應的提示信息。優選地，所述壓力感知單元為電阻式壓力傳感器。優選地，該裝置還包括分別與壓力類型判斷單元、控制信號生成單元連接，用於存儲預設的變化閾值和預設的映射列表的數據存儲單元。本發明提供一種應用在智慧機器人上的觸覺感知方法和觸覺感知裝置，該觸覺感知方法和觸覺感知裝置獲取外部壓力信號，將所述外部壓力信號轉換為數位訊號；計算外部壓力信號持續的時間值，根據所述持續的時間值及數位訊號計算出數位訊號變化率；將所述數位訊號變化率與預設的變化閾值進行比較，從而確定外部壓力信號的類型；以及確定壓力產生位置，根據所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號，從而觸發相應的情緒表達。應用本發明的智慧機器人具備多個部位的感知能力，根據部位和受力類型，具有不同的情緒表達，使智慧機器人更加擬人化。附圖說明通過參照以下附圖對本發明實施例的描述，本發明的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：圖1是本發明實施例的企鵝形狀的智慧機器人的結構示意圖；圖2是本發明實施例的壓力傳感器使用示意圖；圖3是本發明實施例的觸覺感知方法的流程圖；圖4是本發明另一實施例的觸覺感知方法的流程圖；圖5是本發明實施例的觸覺感知裝置的電路連接框圖；圖6是本發明另一實施例的觸覺感知裝置的電路連接框圖。具體實施方式以下基於實施例對本發明進行描述，但是本發明並不僅僅限於這些實施例。在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。為了避免混淆本發明的實質，公知的方法、過程、流程沒有詳細 敘述。另外附圖不一定是按比例繪製的。附圖中的流程圖、框圖圖示了本發明實施例的系統、方法、裝置的可能的體系框架、功能和操作，流程圖和框圖上的方框可以代表一個單元、程序段或僅僅是一段代碼，所述單元、程序段和代碼都是用來實現規定邏輯功能的可執行指令。也應當注意，所述實現規定邏輯功能的可執行指令可以重新組合，從而生成新的單元和程序段。因此附圖的方框以及方框順序只是用來更好的圖示實施例的過程和步驟，而不應以此作為對發明本身的限制。在圖1所示的本發明的一個實施例中，所述智慧機器人是一個企鵝形狀的智慧機器人，企鵝機器人由於其活潑的體態，深受兒童的喜愛。在圖1中，所述企鵝機器人的左翅膀、前胸、右翅膀、頭部、後背的區域，分別粘貼有編號101，102，103，104，105的薄膜壓力傳感器。本方案的薄膜壓力傳感器背面有粘膠，直接粘貼在企鵝身體的某個部位。在企鵝機器人的背部、前胸、腹部和/或前肢處、雙翅可安裝長條形傳感器，可感知條形區域內的受力狀態。在企鵝機器人頭部安裝方形傳感器，可感知方塊區域內的受力狀態。在本方案中的壓力傳感器優選為電阻式壓力傳感器。圖2是壓力傳感器的使用示意圖。在圖2中，壓力傳感器200包括壓力敏感層201和黏貼層202，通過黏貼層202可以將壓力傳感器粘貼在智慧機器人外殼的任意位置。壓力傳感器的大小和面積也可以根據實際需要進行調整。本領域的技術人員可以理解，企鵝形態的機器人只是本發明的智慧機器人的優選形態，也可以是其他任意寵物形態或類人形態或工業領域的任意形狀的機器人。同理，壓力傳感器的形狀、大小、以及安裝位置都沒有特定的要求，在上述的實施例中對此僅提出優選的方案，不應據此作為對本發明的智慧機器人的限制。圖3是本發明實施例的觸覺感知方法的流程圖。所述觸覺感知方法包括步驟301-步驟306。在步驟301中，獲取外部壓力信號，將外部壓力信號轉換為數位訊號。當該方法應用智慧機器人時，在智慧機器人身體的各部位黏貼傳感 部件，用於獲取在各部位的壓力信號。在本步驟中，將獲取到的壓力信號轉成數位訊號用於後續處理。在步驟302中，計算外部壓力信號持續的時間值，根據時間值及數位訊號計算出數位訊號變化率。在一個優選的實施例中，在壓力信號持續時間段內，選擇一個0.5-1.5秒的時間段，計算該時間段內的數位訊號的變化(即施加的外力變化)，將兩者之差與該時間段的比值作為數位訊號變化率。一般情況下0.5-1.5秒的時間段足以傳感器捕捉到施加的作用力的精確變化從而捕捉到數位訊號的變化。例如，在1秒的施加的外力為100牛頓，施加的面積為0.026平方米，通過100/0.026≈3846牛頓/平方米，3846牛頓/平方米即為數位訊號變化率表徵的數值。在步驟303中，比較數位訊號變化率與預設的第一變化閾值。在本步驟中，比較數位訊號變化率與預設的第一變化閾值，並根據比較結果確定外部壓力信號的類型。在步驟304中，確定外部壓力信號的類型確定為拍打。在步驟305中，確定外部壓力信號的類型確定為撫摸。例如上例中的數位訊號變化率為3846牛頓/平方米，如果預設的變化閾值大於該值，則可以判定為拍打，否則為撫摸。在步驟306中，根據壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號，從而觸發情緒表達。預設的映射列表存儲有壓力產生位置、外部壓力信號的類型與機器人反饋的映射關係。在一個實施例中，所述映射關係如下表所示：壓力位置壓力類型機器人反饋頭部撫摸頭部左右搖動、播放提示音翅膀撫摸翅膀前後擺動肚子撫摸頭部和翅膀擺動背部撫摸頭部和翅膀擺動頭部拍打後退一步背部拍打後退兩步根據壓力產生位置、外部壓力信號的類型生成一個情緒表達控制信 號。情緒表達控制信號用於表徵機器人反饋類型，例如上表中的機器人反饋。通過情緒表達控制信號，能夠觸發機器人的執行機構執行某些動作，表情從而表達一些諸如高興、憤怒、憂鬱等擬人情緒。情緒表達的執行機構可以包括機器人身體的各個部位，安裝在機器人身體上的聲音裝置，顯示裝置等。例如，通過雙手、雙腳執行手舞足蹈的動作，或通過聲音合成裝置和麥克風播放相應的提示音，或通過顯示屏顯示一些表情符號，提示音等，或幾種方式組合反饋。在上述實施例提供的感應方法，使智慧機器人能夠根據不同部位以及在其上施加的外力的類型做出不同的反饋，使智慧機器人更加擬人化。圖4是本發明另一實施例的觸覺感知方法的流程圖。所述觸覺感知方法包括步驟401-步驟407。其中步驟401-402和圖3的步驟301-302相同，這裡就不在贅述。在步驟403中，比較數位訊號變化率與預設的第一變化閾值、第二變化閾值。在本步驟中，分別比較數位訊號變化率和第一變化閾值，第二變化閾值，如果數位訊號變化大於第二變化閾值，則執行步驟404，如果數值信號變化率大於第一變化閾值而小於等於第二變化閾值，則執行步驟405，否則執行步驟406。在步驟404，405，406中，分別判定上述外部壓力信號的類型為用力拍打，輕微拍打和撫摸。下表是一個新的映射表壓力位置壓力類型機器人反饋頭部撫摸頭部左右搖動、播放提示音翅膀撫摸翅膀前後擺動肚子撫摸頭部和翅膀擺動背部撫摸頭部和翅膀擺動頭部輕微拍打後退一步背部用力拍打後退兩步在步驟407中，根據壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號。在圖4所述的觸覺感知方法中，增加了第二變化閾值的描述，從而 將拍打分為用力拍打和輕微拍打，增加了智慧機器人處理和反饋的多樣性，使其更加擬人化。當然，本領域的技術人員可以理解到，圖1和圖2僅僅是對本發明的觸覺感知方法的示例性描述，壓力類型的種類不應該局限於上述提到的三種類型，所有通過信號變化率和預設的變化閾值比較確定的壓力類型都應該在本發明保護的範圍之內。另外，本發明強調通過壓力類型和壓力位置共同作用生成情緒表達控制信號，其中，情緒表達控制信號用於觸發多種形式的情緒表達，可以定義多種壓力位置、壓力類型和控制信號的映射關係(如上表)，所有這些定義和實現都應該包含在本發明的保護範圍之內。本領域的技術人員可以在本發明的精神下做出一些合理的變形，此變形也應包括在本發明的保護範圍之內。圖5是本發明實施例的觸覺感知裝置的電路連接框圖。如圖5所示，觸覺感知裝置500包括501-505。壓力感知單元501用於獲取外部壓力信號，並將壓力信號傳輸到模數轉換單元502。壓力感知單元401可以採用超薄型電阻式壓力傳感器作為外力檢測設備，傳感器將施加在其薄膜區域的壓力轉化為電阻值的變化，從而獲得壓力信息對應的信號。外部壓力越大，電阻值越低，通過傳感器內部的電路將外部壓力所改變的電阻值的變化轉化為電壓或電流的變化，並將電壓或電流的數值轉換為數位訊號輸出到模數轉換單元502。模數轉換單元502將外部壓力信號轉換為數位訊號，並傳輸到壓力類型判斷單元503和位置判斷單元504。壓力類型判斷單元503用於計算所述外部壓力信號持續的時間值和數位訊號變化率，根據所述數位訊號變化率和預設的變化閾值比對確定所述外部壓力信號的類型。位置判斷單元504用於根據外部壓力信號確定壓力產生位置。控制信號生成單元505根據接收到的壓力信號類型和壓力產生位置，與預設的映射列表進行比對，生成與壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號的控制信號生成單元。這裡的情緒表達控制信號用於控制執行相應的機械動作、播放相應的提示語音和/或顯示相應的提示信息。在一個優選的實施例中，如圖6所示，觸覺感知裝置600除了包括圖5所示的功能單元外，還包括數據存儲單元601，分別與壓力類型判斷單元503、控制信號生成單元505連接，用於存儲預設的變化閾值和預設的映射列表的數據存儲單元。上述的觸覺感知裝置應用於智慧機器人時，通過在智慧機器人身體各個部位黏貼的壓力感知單元將壓力傳輸到機器人的觸覺感知裝置，通過觸覺感知裝置處理後生成情緒表達控制信號，該控制信號用於驅動機器人做出各種情緒表達。機器人身體上安裝多個執行部件，如雙手、雙腳、前胸、後背、頭部等，用於播放相應提示語音的語音播放單元，如語音合成裝置、麥克風，和/或用於顯示相應提示信息的信息顯示單元，如led顯示屏等，這些部件和觸覺感知裝置電連接，並按照收到的情緒表達控制信號做出相對應的情緒表達。圖5和圖6所示的觸覺感知裝置，包括設置在智慧機器人上的：獲取外部壓力信號的壓力感知單元；將外部壓力信號轉換為數位訊號的模數轉換單元；用於計算外部壓力信號持續的時間值和數位訊號變化率，根據數位訊號變化率和預設的變化閾值比對確定外部壓力信號的類型的壓力類型判斷單元；用於根據所外部壓力信號確定壓力產生位置的位置判斷單元；用於根據壓力產生位置及外部壓力信號的類型與預設的映射列表進行比對，生成與所述壓力產生位置及外部壓力信號的類型相對應的情緒表達控制信號的控制信號生成單元。其中，情緒表達控制信號和施加的外力的類型和部位同時相關，根據這兩個參數檢索映射列表，根據檢索到的結果控制智慧機器人進行反饋。這樣，使得智慧機器人的反饋更加有趣。而且由於預設的映射列表存儲到數據存儲單元，因此通過對數據存儲單元的映射列表進行修改，實現智慧機器人的反饋變化。對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。例如，在實際應用中，可以不同的需要將上述單元功能劃分為和本發明實施例不同的功能結構，或將本發明實施例中的幾個功能單元合併和分解成不同的功能結構。因此，無論從哪一點來看， 均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化涵括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。此外，顯然「包括」一詞不排除其他單元或步驟，單數不排除複數。系統權利要求中陳述的多個單元或裝置也可以由一個單元或裝置通過軟體或者硬體來實現。以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域技術人員而言，本發明可以有各種改動和變化。凡在本發明的精神和原理之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。當前第1頁12