[发明专利]一种具有温度感知功能的多元触觉交互感知系统

说明书

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。