[发明专利]一种机器人触觉动作识别系统及识别方法

说明书

本发明公开了一种机器人触觉动作识别系统及识别方法。该识别系统包括阵列式触觉传感器、嵌入式微控制器和上位机；所述阵列式触觉传感器穿戴在载体上，阵列式触觉传感器和嵌入式微控制器连接，嵌入式微控制器与上位机连接。本识别系统具有对人‑机物理接触过程中触觉信息测量、数据采集和储存、信息特征提取、动作识别等功能。本识别方法通过参与者施加不同的特征动作到触觉传感器上对触觉信息数据进行采集，并对数据进行特征提取，建立一个神经网络在上位机中训练，通过将判别算法嵌入到微控制器中，从而实现对特征动作的模式识别，识别出人施加给载体的动作。

技术领域

本发明涉及机器人触觉感知领域，具体是一种机器人触觉动作识别系统及识别方法。

背景技术

近年来，随着智能制造技术及各类机器人的快速发展，人机交互技术越来越受到关注，并成为研究热点。机器人的身影逐渐出现在了各行各业，并且扮演起了愈加重要的社会角色，越来越多的出现在了人员密集的场所，承担起服务工作。传统的机器人更多在结构化的环境中工作，需要按照特定的程序进行运作，其工作路线与运作方式都是相对固定的，完成的任务单一且在工作过程中避免与人产生直接交流，这就限制了机器人，尤其是服务型机器人的社会角色和工作任务的多样性，无法实现有效的人机物理交互(physicalHuman-Robot Interactions，pHRI)。

人机物理交互是机器人实现高级智能化、完成直接与人接触的较高难度工作(例如搀扶、背抱、辅助行走等)的技术前提，智能化的机器人可以发挥人在面对不同问题时的灵活可变，的优势，也可以发挥机器人在工作时的稳定性能，从而高品质的完成工作。其中，机器人触觉在人机物理交互过程中具有不可替代的重要作用。目前，机器人主要通过视觉和听觉在人机交互中与人通讯，感知环境变化，判断人体动作意图。然而，视觉和听觉无法在某些关键场合发挥作用，例如距离较近、光线较差、人与机器人直接接触等情况。此时，机器人触觉是机器人感知人体和外部环境的重要手段，是保证机器人与人接触过程中的安全性、舒适性、友好性的途径。

机器人通常通过触觉传感器来感知外界接触。阵列式触觉传感器是由多个触觉传感单元组成的传感器。相较于单点式触觉传感器，阵列式触觉传感器集成了多个传感单元，具备接触力分布的检测能力。传统的单点触觉传感器具有难以定位、信息量少、重复性差等缺点，而阵列式触觉传感器能够采集更为全面综合的数据，为有效提取触觉信息的特征提供了先决条件。因触觉传感器信息量具备多维信息内涵，信息量大，会占用机器人控制器大量的计算资源；同时现有触觉传感器及硬件平台只具有数据感知和传输功能，不具备底层运算、判断识别等智能功能，难以实现全机器人表皮的触觉信息获取、运算、认知，会给机器人控制器带来大量的计算和储存负担，无法实现机器人触觉智能化，例如公开号为CN108681412A的文献公开了一种基于阵列式触觉传感器的情感识别装置及方法，其情感识别种类为三种，种类较少；没有做到将算法嵌入到微控制器中，智能化的识别是在上位机中完成的，上位机计算负担大；无法同时运行多个算法，将会占用大量的计算机资源。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种基于柔性阵列式触觉传感器和嵌入式硬件平台的机器人触觉动作识别系统及识别方法。

本发明解决所述识别系统技术问题的技术方案是，提供一种机器人触觉动作识别系统，其特征在于，该识别系统包括阵列式触觉传感器、嵌入式微控制器和上位机；所述阵列式触觉传感器穿戴在载体上，阵列式触觉传感器和嵌入式微控制器连接，嵌入式微控制器与上位机连接。

本发明解决所述识别方法技术问题的技术方案是，提供一种基于所述的机器人触觉动作识别系统的动作识别方法，其特征在于，该识别方法包括以下步骤：

第一步、训练卷积神经网络；

(1)将阵列式触觉传感器穿戴于载体上，所述阵列式触觉传感器是由m行n列的电极形成的阵列，行列之间的行列交点处设置有介电层；启动上位机和嵌入式微控制器；