[发明专利]一种具有温度补偿功能的触觉感知采集系统及其方法

权利要求书

1.一种具有温度补偿功能的触觉感知采集系统，包括上位机(1)、控制器(2)、显示屏(3)，其特征在于：还包括采集模块(4)和温度补偿模块(5)，所述控制器(2)通过导线分别与上位机(1)、显示屏(3)、温度补偿模块(5)相连，所述控制器(2)上集成有A/D模块(6)，所述A/D模块(6)通过导线与采集模块(4)相连；

所述采集模块(4)包括第一模拟开关(41)、第二模拟开关(42)、压力传感器阵列(43)，所述温度补偿模块(5)包括温度补偿热敏电阻器(51)，所述第一模拟开关(41)通过导线与压力传感器阵列(43)的一端相连，所述压力传感器阵列(43)的另一端通过导线与温度补偿热敏电阻器(51)的一端相连，所述温度补偿热敏电阻器(51)的另一端通过导线与第二模拟开关(42)相连；

触觉感知采集系统通过第一模拟开关(41)对压力传感器阵列(43)进行扫描，通过A/D模块(6)采集经过温度补偿后的电压，再经过卡尔曼滤波后传输至上位机(1)进行显示；所述卡尔曼滤波的具体步骤如下：

在初始时刻设置一个默认系统初始值，其协方差即为传感器精度误差的平方Q_k；

在k时刻，传感器压力测量值为Z_k，对k时刻压力值的先验估计为X_k，k时刻先验估计的方差P_k，对k时刻压力值的后验估计为X_k’，k时刻后验估计的方差P_k’，过程方差为σ_a²是反应连续两个时刻压力变化的方差，传感器的测量误差为σ_b，即传感器的测量值是在真实的压力值F上波动σ_b，测量方差σ_b²就是传感器精度与真实温度差值的方差，k时刻的卡尔曼增益为K’；

系统用一个线性随机微分方程来描述，即k时刻测量估计电压X_k：

X_k＝AX_k-1′+Bu_k (3-1)

其中X_k-1’是k-1时刻的最优推算值也即系统状态，表示用k-1时刻的推测状态，若k＝0，则X_k-1项为0，u_k是k时刻对系统的控制量，A和B是系统参数，该系统中A＝1，B＝1；

对应于测量估计电压X_k的协方差P_k：

式中P_k-1’是对应于X_k-1’的协方差，σ_a²是系统过程的协方差；

卡尔曼增益是用k时刻电压估计值X_k、测量值推算下一时刻系统状态的增益K’：

式中K’为更新的卡尔曼增益；σ_b²为测量方差，其为传感器最大误差的平方；

则k时刻对系统的最优测量估计电压为X_k’：

X_k′＝X_k+K′(Z_k-HX_k) (3-4)

式中Z_k为k时刻的测量电压，H为系统参数；

而对应于该最优测量估计电压X_k’的协方差为P_k’：

P_k′＝P_k-K′HP_k (3-5)

根据式(3-5)计算得到P_k’，供下次卡尔曼滤波使用。

2.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的触觉感知采集系统，其特征在于：所述压力传感器阵列(43)采用RP-C电阻式压敏传感器，每个所述RP-C电阻式压敏传感器上并联有定值电阻。

3.根据权利要求1所述的一种具有温度补偿功能的触觉感知采集系统，其特征在于：所述第一模拟开关(41)、第二模拟开关(42)采用的型号为CD4051。