[发明专利]一种基于被动式触须传感器的形状识别方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于被动式触须传感器的形状识别方法及系统。该方法包括：确定被动式触须传感器的输出电压；基于所述输出电压计算所述被动式触须传感器触碰到待识别物体时受到的合力；根据所述合力计算接触面切线与X轴方向的夹角；所述接触面切线为所述被动式触须传感器与所述待识别物体接触面的切线；根据所述夹角计算所述被动式触须传感器的触须末端的位置；根据所述触须末端的位置识别所述待识别物体的形状。采用上述方法能够使得被动式小型触须传感系统完成精度较高的形状识别任务，解决了被动式触须传感系统形状识别鲁棒性差的问题。

技术领域

本发明涉及形状识别领域，特别是涉及一种基于被动式触须传感器的形状识别方法及系统。

背景技术

老鼠可以通过多种方式对外界进行感知，其中比较重要的是触觉感知。基于老鼠触须的仿生触觉传感系统在机器人应用中同样具有很大的潜力，因为它不涉及与物体的严重接触，且不受光照等外部因素的影响。目前，应用于机器人的触觉传感系统主要用于材质识别、形状识别和导航建图等。其中使用触须传感系统进行材质识别被广泛研究。

在形状识别方面取得较好效果的触须传感系统主要是主动式的，即使用电机等驱动装置驱动触须进行特定轨迹的运动。主动式触须传感系统由于需要使用电机等驱动装置进行驱动，导致系统整体体积过大，使得其在微小型机器人上的应用受限。另外，驱动装置在驱动触须以特定的轨迹运动的过程中，会因抖动等原因为传感器输出信号引入噪声，导致后续信号处理时，需要使用复杂的算法排除这些干扰。

而现有的用于形状识别的被动式触须传感系统大多通过总结实验信号特征的方式完成形状识别，缺乏理论解释。且上述的模板匹配的方式需要大量的数据集才能实现对较多形状的识别，鲁棒性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于被动式触须传感器的形状识别方法及系统，用以提高形状识别的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于被动式触须传感器的形状识别方法，包括：

确定被动式触须传感器的输出电压；

基于所述输出电压计算所述被动式触须传感器触碰到待识别物体时受到的合力；

根据所述合力计算接触面切线与X轴方向的夹角；所述接触面切线为所述被动式触须传感器与所述待识别物体接触面的切线；

根据所述夹角计算所述被动式触须传感器的触须末端的位置；

根据所述触须末端的位置识别所述待识别物体的形状。

可选地，所述被动式触须传感器包括左侧悬梁臂、右侧悬梁臂、中心连接块以及触须；所述左侧悬梁臂和所述右侧悬梁臂分别设置在所述中心连接块的左侧和右侧，所述触须设置在所述中心连接块上；所述左侧悬梁臂上设置有第一压敏电阻和第二压敏电阻，所述右侧悬梁臂上设置有第三压敏电阻和第四压敏电阻。

可选地，所述被动式触须传感器的输出电压的计算公式如下：

其中，Vout表示被动式触须传感器的输出电压，Vcc表示供电电压，R₁、R₂、R₃、R₄表示四个压敏电阻的阻值，M表示触须根部对中心块施加的弯矩，w表示悬梁臂的抗弯界面模量，k′表示系数，σ₂表示第二压敏电阻的所受应力，σ₃表示第三压敏电阻的所受应力。

可选地，所述触须末端的位置的计算公式如下：