专利名称：一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统的制作方法
技术领域：
本发明属于人机智能控制传感技术领域，涉及一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统。
背景技术：
多关节、多自由度的机器人多指灵巧手是目前机器人领域的研究热点，它是一种可执行精细操作的末端执行器，与机器手臂配合，机器人多指灵巧手可实现精细定位或操作以完成各种灵活、准确的动作。目前，机器人手臂主要有两种操作方式:自主操作和遥操作。自主操作在无人为干预的情况下，利用自身携带的多种类型传感器感知自身以及环境的状态，通过规划和控制算法实现自主行为或动作。如果作业本身十分复杂，需要很强的识别力、判断力和实际作业能力，会对运动规划、控制理论提出很高的要求；遥操作机器人在远端完成主机(人)的对应操作，由人来完成高级识别、判断并下达操作指令。遥操作机器人的优点在于:直接通过人下达动作指令，灵巧手通过模仿人手的动作完成操作指令。目前，遥操作机器人已经在空间、深海以及原子反应堆 等危险场合得到了大量应用。“主从方式”是遥操作机器人技术中的重要操作方式，该方式采用与实际作业机器人手臂相同的多连杆机构充当操纵装置，由于操纵该装置(主臂)的操纵者手部位置与机器人手臂(从臂)位置相对应，因而操纵者可以通过以直接接近作业的形态来操控机械手。主从方式的优点在于直观，且接近直接作业的形态。不仅如此，从臂所承受的环境力也可以反馈给主臂(力反馈型，从臂上的传感器检测环境力，主臂以此为目标值进行力的控制)，实现双向控制，这种方式可以让操作者的感觉更加接近直接操作，实现“临场感”。主从操控型机器人的机械手中比较典型的两种分别是机械式主从型机械手和伺服型机械手。机械式主从机械手比较简单，它没有电路部分，主臂和从臂完全以机械方式结合，这种方式可以让操纵者直接感受从臂所感受到的环境力，但同时也限制了主臂和从臂的距离，两者不能相隔太远(这限制了它的应用，例如在放射性强的场合不适用等)。由于机械式主从机械手作业范围的限制，科学家们于1954年开发出了第一台伺服型机械手，这种机械手的主臂与从臂两侧采用电气连接，为了能够实现主臂的行为指令，从臂一侧设计有伺服系统。这种机械手的好处在于大大增加了作业范围，但是如果想要感受从臂所受到的环境力，主臂一侧也必须设计一套伺服系统来重现从臂所受到的环境力，即所谓的双向控制。目前关于机器人灵巧手在人机交互方面的研究更多的着眼于用人手的动作去控制机器人灵巧手的行为，灵巧手上的传感器输出的触觉信号也只是传给控制器。实现用人手直接感知机器人灵巧手所感知到的环境因素，并直接控制灵巧手的行为，将机器人灵巧手真正作为人手的延伸，这种人机交互感知的能力对于在人类无法到达的区域或者危险区域进行作业具有重要意义(可以让人及时地感知远端的被操作对象并迅速地做出反应，例如迅速远离高温危险物体)。然而，在临场感技术方面，目前只部分实现了力反馈控制，而质感，姿态和温度的感知仍处于探索阶段。在这当中，温度的交互感知能力可以让操纵者直接体验操作对象的真实属性，另一方面对于机器人灵巧手及时避开高温危险物体确保机器人灵巧手的安全也具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统。该系统可以让人在遥操作机器人灵巧手的同时，感知到机器人灵巧手所感知到的温度和压力，实现所谓的“临场感”。为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，包括机器灵巧手、温度传感器、压力传感器、温度传感信号处理电路、压力传感信号处理电路、传感信号传输系统、温度感知再现系统和压力感知再现系统；温度传感器和压力传感器固定设置于机器灵巧手上，温度传感器采集机器灵巧手所处环境的温度信号，并将该信号传送至温度传感信号处理电路，温度传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统将该电信号输出至温度感知再现系统；压力传感器采集机器手所受压力信号，并将该信号传送至压力传感信号处理电路，压力传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统将该信号输出至压力感知再现系统。进一步，所述传感信号传输系统为无线传输系统。进一步，所述机器灵巧手为虚拟机器手。 进一步，所述温度感知再现系统采用电极刺激方式实现温度感知。进一步，所述温度感知再现系统还包括温度显示装置。进一步，所述压力感知再现系统采用电极刺激方式实现压力感知。
本发明的有益效果在于:本发明提出的适用于遥操作机器人灵巧手的具有温度交互感知功能的多元触觉交互感知系统，可以让人在遥操作机器人灵巧手的同时，感知到机器人灵巧手所感知到的温度和压力，实现所谓的“临场感”。这种人机交互技术可以让操作者实现机器人在随机环境中难以做到的规划和决定，而机器人则可在人所不能达到的环境中(核辐射、海底或外太空)进行精细操作，使得机器人灵巧手成为人手的延伸。
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明:图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。如图1所示，本发明提出的多元触觉交互感知系统，包括机器灵巧手、温度传感器、压力传感器、压力传感信号处理电路、传感信号传输系统、温度感知再现系统和压力感知再现系统。其中，机器灵巧手用于在实际环境中进行各种动作，温度传感器和压力传感器固定设置在机器灵巧手上，用于采集机器灵巧手所处环境的温度信号和压力信号。温度传感器对机器灵巧手所处环境的温度信号进行采集，压力传感器对机器灵巧手所处环境的压力信号进行采集，目的是为了在控制端，也就是人手端进行温度再现，以使控制端的人手感知到机器人灵巧手所感知到的温度和压力，实现所谓的“临场感”。系统的具体工作流程为:一方面，温度传感器采集机器灵巧手所处环境的温度信号，并将该信号传送至温度传感信号处理电路，温度传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统作为一种传输中介，将该电信号输出至温度感知再现系统。温度感知再现系统是用于实现临场环境温度再现的装置，它可以采用电极刺激的方式来实现温度再现，也可以采用温度伺服控制的方式来实现。其中，所谓电刺激方式实现温度再现指的是通过微电极来对人手部位进行电刺激以此实现人手的温度触觉，当微电极刺激装置贴附于手上并通有特定电流的时候就会让人产生特定的触觉感受；所谓温度伺服控制的方式是指:在人手一端采用伺服控制系统复制温度传感器所感知到的温度，该伺服控制系统以温度传感信号处理电路的输出信号为参考信号，系统中加热装置紧贴于手指上。另一方面，压力传感器采集机器灵巧手所受压力信号，并将该信号传送至压力传感信号处理电路，压力传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统将该信号输出至压力感知再现系统。具体来说，压力传感器对压力信号进行采集，并将采集到的信号转换成电信号，该电信号经过压力传感信号处理电路进行诸如放大等处理后经过传感信号传输系统传送至压力感知再现系统。压力感知再现系统，目的是为了在控制端，也就是人手端进行压力再现，以使控制端的人手感知到机器人灵巧手所感知到的压力，实现所谓的“临场感”。在这里，压力感知再现系统既可以采用电极刺激的方式来实现压力再现，也可以采用压力伺服控制的方式来实现。其中，所谓电刺激方式实现压力再现指的是通过微电·极来对人手部位进行电刺激以此实现人手的压力感知触觉，当微电极刺激装置贴附于手上并通有特定电流的时候就会让人产生特定的触觉感受；所谓压力伺服控制的方式是指:在人手一端采用伺服控制系统复制压力传感器所感知到的温度，该伺服控制系统以压力传感信号处理电路的输出信号为参考信号，系统中加压装置紧贴于上述加热装置或者手指上。在本实施例中，作为信号传输中介的传感信号传输系统可以采用有线信号传输系统，也可以采用无线信号传输系统。在具体的应用过程中，可以根据实际环境和实际情况的需要进行选择。作为本实施例的一种改进，在温度感知再现系统中还包括有温度显示装置。该温度显示装置用于在控制端对现场环境的温度值进行显示，方便控制者了解机器灵巧手所处环境的具体温度值。作为本实施例的另一种改进，机器灵巧手可以采用虚拟机器灵巧手。虚拟机器灵巧手可以作为一种模拟工具，实现交互感知系统的测试和训练等。最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:包括机器灵巧手、温度传感器、压力传感器、温度传感信号处理电路、压力传感信号处理电路、传感信号传输系统、温度感知再现系统和压力感知再现系统；温度传感器和压力传感器固定设置于机器灵巧手上，温度传感器采集机器灵巧手所处环境的温度信号，并将该信号传送至温度传感信号处理电路，温度传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统将该电信号输出至温度感知再现系统；压力传感器采集机器手所受压力信号，并将该信号传送至压力传感信号处理电路，压力传感信号处理电路对信号进行处理后传送至传感信号传输系统，传感信号传输系统将该信号输出至压力感知再现系统。
2.根据权利要求1所述的具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:所述传感信号传输系统为无线传输系统。
3.根据权利要求1所述的具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:所述机器灵巧手为虚拟机器手。
4.根据权利要求1所述的具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:所述温度感知再现系统采用电极刺激方式实现温度感知。
5.根据权利要求4所述的具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:所述温度感知再现系统还包括温度显示装置。
6.根据权利要求1所述的具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，其特征在于:所述压力感知再现系统采用电极刺激方式实现压力感知。
全文摘要
本发明公开了一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统，属于人机智能控制传感技术领域。该系统包括机器灵巧手、温度传感器、压力传感器、温度传感信号处理电路、压力传感信号处理电路、传感信号传输系统、温度感知再现系统和压力感知再现系统；温度传感器和压力传感器用于采集机器灵巧手所处环境的温度信号和压力信号，所采集到的信号通过传感信号传输系统输出至温度感知再现系统和压力感知再现系统，再现系统会对温度和压力情况进行再现，实现多元触觉交互感知。本系统可以让人在遥操作机器人灵巧手的同时，感知到机器人灵巧手所感知到的温度和压力，实现所谓的“临场感”。
文档编号B25J19/00GK103213143SQ20131014080
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月22日 优先权日2013年4月22日
发明者李耀, 施益智, 沈俊, 陈健, 马磊, 张明焜, 傅舰艇, 张为 申请人:重庆绿色智能技术研究院