[发明专利]一种触觉感知装置及机器人地形感知方法

权利要求书

1.一种机器人的触觉感知装置，其特征在于，包括用于生成及采集数据的触觉感知组件(1)、用于对数据进行预处理的时序数据预处理模块、用于分割数据的波峰窗口分割模块、用于提取特征的特征提取模块以及用于识别地形软硬属性类别的机器学习分类算法模块。

2.根据权利要求1所述的触觉感知装置，其特征在于，所述触觉感知组件(1)包括底部支撑板(11)、内侧支撑架(12)、外侧支撑架(13)、传感器信号采集模块(14)及多个触觉传感器(15)，所述内侧支撑架(12)与所述外侧支撑架(13)平行间隔设置，所述底部支撑板(11)的两端分别与所述内侧支撑架(12)与所述外侧支撑架(13)的底端连接，多个所述触觉传感器(15)间隔设置在所述底部支撑板(11)的底面，所述传感器信号采集模块(14)设置在所述内侧支撑架(12)或所述外侧支撑架(13)上，且所述传感器信号采集模块(14)与多个所述触觉传感器(15)电连接。

3.一种基于阵列触觉传感器的机器人地形感知方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的触觉感知装置进行感知，机器人地形感知方法包括以下步骤：

步骤1：通过所述触觉感知组件(1)采集机器人与地面接触时多个不同位置的压力数据，并生成多个通道的时间序列数据；

步骤2：所述时序数据预处理模块对时间序列数据进行预处理；

步骤3：所述波峰窗口分割模块对预处理后的时间序列数据分割出多个通道的波峰窗口的数据点；

步骤4：所述特征提取模块根据波峰窗口的数据点输出多维与地形的软硬程度类别相关的触觉压力特征；

步骤5：所述机器学习分类算法模块根据触觉压力特征对不同地形软硬程度属性进行识别。

4.根据权利要求3所述的机器人地形感知方法，其特征在于，步骤1包括：

步骤1.1：所述触觉感知组件(1)生成机器人与地面接触时多个不同位置的压力数据；

步骤1.2：压力数据包括压力模拟信号，所述触觉感知组件(1)采集压力模拟信号，并将压力模拟信号转化为可量化的压力数字信号；

步骤1.3：所述触觉感知组件(1)将时间戳与压力数字信号的对应关系生成时间序列数据。

5.根据权利要求3所述的机器人地形感知方法，其特征在于，步骤2包括：

步骤2.1：所述时序数据预处理模块对时间序列数据进行线性插值；

步骤2.2：所述时序数据预处理模块对首端及尾端的时间序列数据进行近邻插值；

步骤2.3：所述时序数据预处理模块采用中位数滤波去除时间序列数据中严重偏离稳态值且幅值为负的噪声；

步骤2.4：所述时序数据预处理模块采用Savitzky-Golay滤波对时间序列数据进行平滑处理，同时保持时间序列数据本身的周期性和趋势性。

6.根据权利要求3所述的机器人地形感知方法，其特征在于，步骤3包括：

步骤3.1：所述波峰窗口分割模块使用SciPy中的波峰检测函数对预处理后的时间序列数据中的波峰进行检测；

步骤3.2：所述波峰窗口分割模块连续输出波峰的位置索引；

步骤3.3：所述波峰窗口分割模块遍历多个通道的波峰的位置索引；

步骤3.4：所述波峰窗口分割模块去除每个通道的第一个以及最后一个波峰的位置索引；

步骤3.5：所述波峰窗口分割模块检验每个通道中当前位置的位置索引与相邻通道相同位置的位置索引之间的时间差值是否在20％以内；若是，则保留当前位置在每个通道中的位置索引；否则，去除超出范围的位置索引并使用下一时刻的位置索引作为替代值；

步骤3.6：所述波峰窗口分割模块检验每个通道中的位置索引数量是否相同；若是，则以该位置索引为波峰窗口的中心，以设定长度为波峰窗口的大小，输出分割出的波峰窗口的数据点；否则，则以第一个通道的第一个位置索引为起始点，以多个通道中的最小位置索引数量为长度，将多个通道的位置索引调整为相同尺寸后再输出分割出的波峰窗口的数据点。