[发明专利]柔性微带线、反向散射触觉感知系统及其测量方法

说明书

本发明公开了一种柔性微带线、反向散射触觉感知系统及其测量方法，其中，所述的柔性微带线，在信号迹线与接地迹线之间增加的一条柔性聚合物，所述的信号迹线与柔性聚合物共同发生形变，形成柔性微带线；当有压力作用时，所述的信号迹线和所述的柔性聚合物发生形变，位于上方的信号迹线与位于下方的接地迹线产生接触，形成短路点，随着作用力幅值的增加，短路点将逐渐向两端移动。本发明通过将触觉压力的大小和位置转换为反向散射的信号相位变化，相位变化被接收后经过信号处理得到绝对相位变化，进而可通过推断反射射频信号的相位来测量触觉压力的大小和接触位置。

技术领域

本发明涉及触觉感知技术领域，更具体的，涉及一种柔性微带线、反向散射触觉感知系统及其测量方法。

背景技术

作为除视觉、听觉外的另一维度感知信号，触觉对于人类理解并实现与周围世界的互动至关重要。触觉感知不仅要获取接触力的大小，还要连续准确的完成力的定位，进而能够提供外部刺激的位置、大小等关键信息。

类似皮肤的连续触觉传感器可以实现许多涉及机械工具执行的灵巧任务。此外，触觉传感还能扩展人类与数字世界的交互维度。目前人类与数字世界的大多数触觉交互应用都是借助触摸屏进行的，触摸屏将人与人的接触二元化为简单的触摸/非触摸，这会导致接触力感知信息的丢失。需要增强触觉感知人机数字接口，扩展其感知接触力的维度，可更自然、直观和真实的交互，为不断进化的AR/VR创造新应用。

现有测量方法一般是通过创建一个由离散力敏电阻器或电极阵列组成的传感表面，对其测量值进行插值以重建连续力剖面。然而，这种方法的布线成本和复杂度过高，因为它需要有线链路从每个传感器获取数据，以及满足电源要求的导线。

发明内容

本发明为了解决以上现有技术无法兼顾传感器数量、表面布线、连续感知、定位精度、环境适应性、供电、无线回传的问题，提供了一种柔性微带线、反向散射触觉感知系统及其测量方法，其具有连续、精确感知接触力的幅值和位置的能力。

为实现上述本发明目的，采用的技术方案如下：

一种柔性微带线，在信号迹线与接地迹线之间增加的一条柔性聚合物，所述的信号迹线与柔性聚合物共同发生形变，形成柔性微带线；

当有压力作用时，所述的信号迹线和所述的柔性聚合物发生形变，位于上方的信号迹线与位于下方的接地迹线产生接触，形成短路点，随着作用力幅值的增加，短路点将逐渐向两端移动。

一种反向散射触觉感知系统，包括1个或2个第一天线、数量与第一天线相同的收发射频开关、传感器、带有第二天线的收发端；

所述的传感器包括所述的柔性微带线；

所述的传感器的至少一端依次连接一个收发射频开关、一个第一天线；

所述的第一天线用于发射反向散射信号，并接收传感器的另一端发射的反向散射信号；

所述的收发端用于接收并发射传感器的第一天线发射的反向散射信号。

优选地，所述的第一天线数量为2，所述的传感器的两端均依次连接一个收发射频开关、一个第一天线；所述的收发端接收传感器一端的第一天线发射的反向散射信号，并反射回另一端的第一天线。

进一步地，根据经柔性微带线接收的反向散射信号在到达短路点反射之前，在柔性微带线上传播距离小，压力作用位置的移动产生不同的相位变化，由此实现压力-相位间的转换，实现根据相位变化判断压力幅值大小。

再进一步地，为了将传感器的反射反向散射信号与环境杂波隔离开来，将收发射频开关以不同的频率切换作为识别单元；通过将入射反向散射信号与收发射频开关的频率调制相乘；

设传感器接收激励信号s(t)，并反射s(t)m(t)，其中m(t)是一个方波，时间周期为t；展开m(t)的傅里叶级数，得到奇次谐波如下：