[发明专利]基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统及其触觉检测方法

权利要求书

1.基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，包括软体臂执行机构（1）；其特征在于：还包括柔性电路层（2）、发光二极管（3）、光传感器（4）和弹性光反射层（5）；柔性电路层（2）套置在软体臂执行机构（1）的外侧；弹性光反射层（5）套置在柔性电路层（2）的外侧；弹性光反射层（5）与柔性电路层（2）之间留有间隙；柔性电路层（2）和弹性光反射层（5）均具有弹性；柔性电路层（2）的外侧壁上安装有多个发光二极管（3）和多个光传感器（4）；

任意单个光传感器（4）可以接收所有发光二极管（3）传输的光信号，形成重叠光信号；

该重叠光信号触觉传感系统的工作过程，包括以下步骤：

步骤一、光传感器（4）、发光二极管（3）和压力传感器（7）通电；进入触觉巡航工作模式；在触觉巡航工作模式下，所有发光二极管均发射相同光谱的光线；

步骤二、当外部物体触碰弹性光反射层（5）时，弹性光反射层（5）被触碰的区域向内凹陷；弹性光反射层（5）的形状变化使其内部光信号的传导也发生变化，影响部分光传感器（4）接收光信号产生相应变化，将相同光谱的重叠光信号光量的变化反馈到计算机终端；根据各光传感器（4）接收到光信号的变化确定包含接触点位置的疑似区域；所述疑似区域的确定方法如下：取各光传感器（4）中检测到的光强度变化最大的光传感器（4）作为疑似中心；取以疑似中心为中心点的预设大小的范围作为疑似区域；

之后，在疑似区域内的各发光二极管各自发射不同光谱的光线；根据各光传感器（4）接收到的不同光谱的光信号强度，计算出接触点位置；同时，结合压力传感器（7）检测到的压力大小和接触点位置，计算出接触点受到的压力大小。

2.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：所述软体臂执行机构（1）的内端固定在压力传感器（7）上。

3.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：所述软体臂执行机构（1）为气动可伸缩或弯曲的软体执行器；软体臂执行机构（1）的内端设置有通气接口；通气接口通过通气管（1-1）引出至外部气压源。

4.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：所述的柔性电路层（2）上每个安装发光二极管（3）或光传感器（4）的位置均开设有导线孔（2-2）；发光二极管（3）和光传感器（4）的供电线和信号线通过对应的导线孔引至柔性电路层与软体臂执行机构（1）之间，并从柔性电路层（2）内端引出。

5.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：所述的柔性电路层（2）上每个安装发光二极管（3）或光传感器（4）的位置的周围均开设有多个定位孔（2-1）；每个定位孔（2-1）均对应一根弹性线（8）；弹性线（8）的内端与对应的发光二极管（3）或光传感器（4）的边缘处固定，外端穿过对应的定位孔（2-1），并设置有球节（8-1）；球节（8-1）卡在定位孔（2-1）的内侧。

6.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：弹性光反射层（5）的外侧壁不透光。

7.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：所述的疑似区域根据经训练的神经网络来确定；该神经网络以各光传感器检测到的光强度差值为输入。

8.根据权利要求1所述的基于软体臂的重叠光信号触觉传感系统，其特征在于：在疑似区域中确定接触点位置的方式通过神经网络来实现；该神经网络具体采用五个隐藏层的多任务神经网络；每个隐藏层均使用批处理规范化和ReLU激活函数；前三个隐藏层在两个任务之间共享；后两个隐藏层为输出层；该多任务神经网络使用均方误差作为损失函数，在ADAM optimizer下进行400个阶段的训练，批大小为128，初始学习率为0.001，经过200个阶段后下降到0.0001。