[发明专利]一种基于图像识别的力测量装置

说明书

本发明公开了一种基于图像识别的力测量装置，包括：测力弹性体、连接筒、双目摄像头和图像识别处理器；所述测力弹性体位于连接筒的一端，所述测力弹性体在未受力时呈半球状；所述双目摄像头固定于连接筒的另一端；所述图像识别处理器用于实时接收并处理双目摄像头所摄取的图像，并得出外力的大小和方向。本发明引入图像处理的新颖方式，使用简单的原理实现了力测量装置的简单化、低成本化，具有良好的抗干扰性、环境适应性等优点。

技术领域

本发明涉及一种力测量技术，特别涉及一种基于图像识别的力测量装置。

背景技术

目前，力测量装置的工作原理基本上有两种。一种是测量某些物质受力作用时其固有物理性质发生的变化，从而测得作用力的大小，如压电式、磁弹性式和振弦式等力传感器；另一种是利用被测力使测力弹性体变形，通过测量变形的程度来测出被测力的大小，如电阻应变式、电容式等力传感器。然而，目前所有这些测力装置存在着以下缺点：采用的传感器大多价格高昂，制造成本和维护成本都比较高。成本稍低的测力装置却容易受到干扰，例如强电磁干扰、温度影响、不能适应多种应用环境等等。而且大多数低成本测力装置只能测出特定方向的力的大小，而多轴力传感器成本较高且原理复杂。

近些年来产生了诸多与此相关的论文和专利。分别如下：

中国公开专利号：CN 103353365A，名称：一种点接触柱销式测力传感器。该发明在销体轴向上依次布置三个鼓形凸台，并在它们之间布置电阻应变器，进而测量力。该发明能够测量不同方向的力，测量结果重复读好、精度高、适用于大载荷。但需要布置多个电阻应变器，制造成本及维护成本高，且易受电磁干扰。

中国公开专利号：CN1514216A，名称：一种光电振弦式测力装置及其测力方法。该发明依据不同作用力下金属弦振动频率的不同，通过激光及光电位敏器件把金属弦的振动频率转化为光电频率，从而测出加载力的大小。该发明的优点在于可以避免电磁感应法易受测量现场的强电磁干扰带来的噪声，有一定稳定性。但该发明对制造精度要求高、元件成本高、维护成本高、且不能测量力的方向。

中国公开专利号：CN103134621A，名称：H型测力构架的横向载荷测试结构。该发明设置了一种H型结构来测量载荷的大小。该发明不仅可以得到施加于构架结构的载荷与输出电压的关系，同时得到施加于构架结构的载荷与构架 结构疲劳损伤关键部位应变的准静态关系。但该发明也未能实现测出力的方向，抗电磁干扰性能也较弱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于图像识别的力测量装置，该力测量装置克服了制造和维护成本较高、未能测量力的方向、抗干扰性能差等问题，能够准确测量力的大小和方向，具有较好的抗干扰性能，也能适应各种使用环境。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于图像识别的力测量装置，所述力测量装置的硬件部分包括测力弹性体、连接筒、双目摄像头、图像识别处理器等。其中，所述测力弹性体位于连接筒一端，未受力时呈现半球状，测力弹性体材料可根据使用环境灵活选择，具多环境适应性；所述双目摄像头，固定于连接筒的另一端；所述图像识别处理器，用于实时接收并处理双目摄像头所摄取的图像，得出外力的大小和方向。

所述的基于图像识别的力测量装置包括以下组件：

测力弹性体：位于连接筒顶端，未受力时呈现半球形。其表面按照一定规则涂有均匀的标识点，用于定位及识别。当有外力施加在其身上时，将产生凹陷形变，形变量与外力的大小可以看成满足分区间的胡克定律，因此可以依据形变量计算出外力大小。形变方向与外力一致，因此可以计算外力方向。测力弹性体材料的选材，可根据实际应用情况进行选择，例如高温环境下，可选择耐高温的弹性材料；酸性环境下，可选择耐酸的弹性材料。因此，本发明对应用环境有很强适应性。使用一段时间后进行维护时，只需更换弹性材料即可，因此维护成本极低。