[发明专利]基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法

权利要求书

1.一种基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：利用阵列式触觉传感器采集沿不同方向的受力的数据；

S2：将采集到的不同方向的压力数据作为触觉传感器的受力数据，根据力的角度对力值进行分解，再将分解到的沿X，Y，Z三个方向的分力数据输入到基于天牛须的优化的神经网络中进行训练构建三维力解耦模型；

S3：将实时采集到的触觉传感器受力数据输入到三维力解耦模型中进行三维力的解耦，得出触觉传感器在X,Y,Z三个方向上的受力情况。

2.根据权利要求1所述的基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：步骤S1包括以下步骤：

S101：将触觉传感器与单片机连接，单片机连接至上位机；

S102：开启上位机内的上位机程序，选择连接参数；

S103：上位机向单片机发送采集指令；

S104：单片机采集数据并进行滤波去噪，将数据发送至上位机；

S105：上位机程序校验数据并存储，继续发送采集指令。

3.根据权利要求2所述的基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：步骤S2包括以下步骤：

S201：确定BP神经网络的结构为：输入层M个神经元，隐含层N个神经元，输出层S个神经元；则天牛须算法的搜索空间维度为K＝M*N+N*S+N+S；

S202：初始化天牛参数，x表示天牛质心坐标，x_l表示天牛左须坐标，x_r表示天牛右须坐标，d₀表示两须之间的距离，dir表示右须指向左须的向量，初始状态下，天牛的初始位置为

x＝rands(k,1)；

S203：步长因子step用于控制天牛的搜索能力，初始状态下，步长设置得较大，使其有较大的搜索区域且不陷入局部最优解；

step＝c*d₀

其中c为常数；

S204：dir是右须指向左须的向量，为随机的，因此创建天牛须朝向的随机向量：

dir＝ranks(k,1)

对dir进行归一化处理

S205：天牛左右须的坐标为

S206：确定适应度函数fitness

其中t为上位机值作为BP神经网络输入得到的结果值，y为实际值，n为t中元素的个数；

S207：分别将天牛左右须坐标作为BP神经网络的参数初始值，对数据进行训练，根据适应度函数更新天牛的位置；

如果fitness(x_l)<fitness(x_r)

x＝x+step*dir

如果fitness(x_l)>fitness(x_r)

x＝x-step*dir

天牛位置更新结束后，将天牛位置x保存在bestX中；

S208：更新步长

step＝step*eta；

S209：使用步骤S206得到的x从步骤S204继续迭代；

S210：迭代停止条件，若适应度函数值小于0.001或迭代进行到100次，则停止迭代，否则，继续迭代；

S211：算法停止迭代时候，bestX的值就是得到的最优解，即BP神经网络的初始权值和阈值，将bestX的值代入BP神经网络中进行二次训练，最终得到三维力解耦的值。

4.根据权利要求3所述的基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：根据上位机采集到的传感器的电信号数据使用基于天牛须优化的BP神经网络算法得到沿X，Y，Z三个方向的分力值。

5.根据权利要求1所述的基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：所述单片机与所述上位机通过USB连接。

6.根据权利要求1所述的基于柔性阵列式触觉传感器的三维力解耦方法，其特征在于：所述阵列式触觉传感器为石墨烯阵列式压力传感器。