[发明专利]一种智能光纤触觉发声系统及方法

说明书

本发明公开了一种智能光纤触觉发声系统及方法，属于智能光纤传感领域。系统包括光纤柔性触觉传感阵列、光电检测系统、智能压力分析软件和声发射系统；采用一根纤芯失配型光纤干涉传感器埋入柔性基底材料的方式，以光纤结构为分界线，对非对称结构划分传感区域，构建一种小范围分布式触觉传感阵列；触觉传感器将触觉信号以光信号形式传递给光电检测系统，光电检测系统把这些压力信号输入到智能压力分析软件中，判断触觉来源的区域和大小，从而发出指令给声发射系统，让其发出不同的声音。本发明具有结构紧凑、灵敏度高、可自动识别压力大小和接触位置并将触觉转化为声音信号且易于实现等优点，可以用于智能机器人，辅助医疗、安全防护等。

技术领域

本发明属于智能光纤传感领域，更具体地，涉及一种适用于机器人等将压力大小和位置信息转化为声音信号来实现语言交流或语音提示及报警等功能的智能光纤触觉发声系统及其发声方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，人类社会已经步入了智能化与自动化时代。为了满足社会生产的需要，紧跟时代发展的潮流，大量传感器被广泛应用于工业制造、海域监测、环境保护、医学手术、生物工程、智能化家居等各个领域。在一定程度上，传感器已经成为决定一个系统特性与性能指标的关键部件。柔性传感器是由柔性材料制成的，具有透明、柔软、抗弯折、可穿戴等优点，可以灵活的完成复杂区域物理量的测量任务，在医疗健康、智能运动、机器人“皮肤”、物联网及人工智能等领域拥有广泛的应用前景。

现有技术中智能光纤触觉传感系统的光纤安装方法，结合图1，在实际操作中，如果按照常规方法光纤沿基底中心线安装，当分别均匀的在受力位置处施加压力时，光纤上下两侧的受力情况相同，则无法区分其施加力的位置。本发明提出一种智能光纤触觉发声系统，使用柔性材料为基底，采用一根纤芯失配型光纤干涉传感器非对称结构埋入的方式，实现一传感器多点多压力检测的功能。

智能光纤触觉发声系统特别适用于机器人等的触觉传感，不仅能识别压力大小和接触位置，还能将压力大小等信息转化为声音信号，用以实现语言交流或语音提示及报警等功能，其中声音信号可以采用不同编码方式实现单字及组合语句发声等功能。本发明具有结构紧凑、灵敏度高、自动识别压力大小和接触位置并将触觉转化为声音信号及易于实现等优点，可以用于智能机器人，辅助医疗、安全防护、生活看护等

发明内容

本发明致力于解决智能光纤触觉传感并将触觉转化为声音信号的问题，识别压力大小和接触位置等信息，并将压力大小转化为声音信号，提供了一种智能光纤触觉发声系统及一种智能光纤触觉发声方法。

为了实现上述目的1，本发明采用如下技术方案：

一种智能光纤触觉发声系统，包括光纤柔性触觉传感阵列、光电检测系统、智能压力分析软件和声发射系统；其特征为，将一根纤芯失配型光纤干涉传感器采用非对称结构埋入柔性基底材料，通过围绕光纤传感器在柔性材料上划分区域的方法，构建触觉光纤传感阵列，光电检测系统将传感器输出的光谱信息进行记录，通过智能压力分析软件对其进行识别和判断，再发出指令驱动硬件发声。

进一步的，光纤柔性触觉传感阵列是采用以下步骤制成的：

a：柔性基底材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)或硅胶，选用纤芯失配型光纤干涉传感器；

b：对上述柔性基底材料进行预处理；

c：以避开与模具中心线重合放置纤芯失配型光纤干涉传感器，纤芯失配型光纤干涉传感器两端与中心线的距离各为d，然后将柔性基底材料置于模具中；其中，不需要考虑d的具体数值，把纤芯失配型光纤干涉传感器倾斜放置于柔性材料中即可，该倾斜要保证以传感光纤为分界线的两边不能是对称的结构；

d：将步骤c中的模具放入恒温箱中固化，使纤芯失配型光纤干涉传感器封装在柔性基底内，光纤出线口加塑料护套保护；

e：以纤芯失配型光纤干涉传感器为传感基元，通过划分区域的方法，在柔性基底上构建一种分布式触觉传感器。