[发明专利]一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤

权利要求书

1.一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤，其特征在于：包括机械臂外壳作为超声兰姆波声场的物理载体、压电超声器件作为超声兰姆波声场的传感单元、信号检测电路作为超声兰姆波激励与检测单元、以及嵌入式处理器作为信息处理与人工智能算法运行平台；采用压电传感器件在机械臂的曲面外壳中构建超声兰姆波声场，基于外部触碰动作对超声兰姆波声场的扰动特性，利用人工智能算法对触碰动作信息进行智能识别，以形成机器人的感知皮肤。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤，其特征在于，压电超声器件布置在机械臂的曲面外壳的边界处，信号检测电路输出高频脉冲电压驱动压电超声器件在外壳中激励形成超声兰姆波，兰姆波在外壳中传播和反射过程中遇到触碰在外壳表面的介质时将发生散射，散射信号被布置在外壳边界上的压电超声器件接收后，用作触碰动作的声指纹，其包括了触碰动作的位置、载荷大小；在感知皮肤区域，进行触碰实验，以建立位置、载荷大小不同的触碰动作的声指纹库，存储于嵌入式处理器的内存单元；触碰动作扰动后的兰姆波检测信号将被人工智能算法用于与声指纹库进行匹配，匹配结果以触碰位置、载荷大小进行输出。

3.一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤，其特征在于，嵌入式处理器采用FPGA+ARM架构，利用FPGA控制超声激励高频脉冲电压信号的输出、信号的采集和存储；利用ARM控制内存单元SD卡中声指纹库文件的读取、定位识别算法的运行、计算结果的串行传输；FPGA和ARM利用AXI总线交互，ARM向FPGA传输开始激励、采集标志，FPGA向ARM传输临时存储的采集信号。

4.一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤，其特征在于，使用机器学习智能算法对触碰进行识别，利用大数据识别结果优化其中的卷积神经网络结构，对用户提供的声指纹库进行训练，生成触碰识别预测模型，拆解运算过程并移植于嵌入式处理器中实时运行。

5.根据权利要求3所述的一种基于超声兰姆波的机器人感知皮肤，其特征在于，运行时首先进行初始化，将SD卡中模型参数导入嵌入式处理器的内存中，完成配置接口模式、设置数据格式、开辟临时存储位置、配置中断操作；结束初始化后，系统在感知皮肤中通过压电超声激励器件循环产生超声兰姆波，压电超声接收器件采集的声波信号通过检测单元转化为数字信号，保存在嵌入式处理器开辟的存储位置中。感知时处理器读取临时存储的采集信号与SD卡中的模型参数，将信号按数值重构为模型输入格式，计算得到匹配结果，输出相似度最高的库文件标签对应的触碰信息。