触觉检测方法、装置、设备及机器人与流程

本发明实施例涉及机器人
技术领域：
，具体涉及一种触觉检测方法、装置、设备及机器人。
背景技术：
：随着科技发展，机器人已经逐步应用到了各个领域。在机器人工作环境中相对于机器人而言存在许多障碍物，在其工作过程中难免发生碰撞。因此，需要研发能帮助机器人感知到环境碰撞的技术，也即触觉检测技术。此外，对于类人机器人，若使其能像人一样周身皮肤可以感应到外界触碰或他人触摸，这将使机器人能实现更多的功能。目前，机器人触觉检测主要包括无形变的检测和有形变的检测两种方式。无形变方案一般采用小范围的触控按键，以检测其他生物体的触摸或其他物体的碰撞。有形变方案主要通过特殊材料，通过检测材料的电气特性来检测其他生物体的触摸或其他物体的碰撞。对于无形变的方案，由于触控按键本身设计为刚性，发生碰撞时容易损坏，并且触控方案依赖耦合电容，对导电的物体的接触才会有效果。对于有形变的方案，由于材料成熟度不够高，大面积使用使得成本难以控制，而且在一些采用薄膜材料的设计方案中，材料容易损坏。技术实现要素：鉴于上述问题，本发明实施例提供了一种触觉检测方法、装置、设备及机器人，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。根据本发明实施例的一个方面，提供了一种触觉检测装置，包括：柔性外壳；多个传感器，其设置于所述柔性外壳的内表面，所述传感器用于获取所述柔性外壳的姿态数据；以及处理单元，其与所述多个传感器电连接，所述处理单元用于接收各所述传感器发送的姿态数据，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。在一种可选的方式中，所述接收各所述传感器发送的姿态数据，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置，进一步包括：初始状态下，接收各所述传感器发送的初始姿态数据；按预设时间间隔接收各所述传感器发送的当前姿态数据；计算各所述传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值；当某个传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值均小于其相邻传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值时，确定该传感器的位置为触碰位置。在一种可选的方式中，根据所述传感器的姿态数据变化，基于预设的姿态变化和受力对应关系表，确定所述触碰位置的受力情况，其中，所述姿态变化和受力对应关系表中存储有姿态变化数据和受力等级的对应关系，所述姿态变化数据为与触碰位置的传感器相邻的传感器的姿态变化数据，所述姿态变化数据是当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。在一种可选的方式中，所述受力情况为受力等级，所述姿态变化和受力对应关系表通过如下方式预先设置：进行不同受力大小的多次触碰试验，由所述处理单元接收每次触碰试验时各所述传感器发送的当前姿态数据；测量每次触碰试验时触碰位置的受力大小；按照设定的受力等级表，确定每次触碰试验时触碰位置的受力大小所属的受力等级；根据所述当前姿态数据和所述受力等级，建立所述姿态变化和受力对应关系表。在一种可选的方式中，所述传感器为姿态传感器，其分散设置于所述柔性外壳的内表面。在一种可选的方式中，所述姿态数据包括角速度数据、加速度数据和磁场数据中的一种或多种。在一种可选的方式中，所述柔性外壳由橡胶制成。在一种可选的方式中，所述柔性外壳为空心柱状体结构，其内部铺设有金属网层。根据本发明实施例的另一方面，提供了一种机器人，所述机器人上设置有如上所述的触觉检测装置。根据本发明实施例的另一方面，提供了一种触觉检测方法，所述方法包括：接收各传感器发送的姿态数据；将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。根据本发明实施例的另一方面，提供了一种触觉检测设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上所述的触觉检测方法的步骤。根据本发明实施例的另一方面，提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上所述的触觉检测方法的步骤。本发明实施例通过设置柔性外壳，并在柔性外壳内表面设置多个传感器，由所述传感器采集所述柔性外壳的姿态数据，并通过处理单元对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。本发明实施例通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对本身材质也无特殊电气性能要求，材料成本较低，且由于柔性外壳的材质是柔性的，发生碰撞时不容易损坏。上述说明仅是本发明实施例技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明实施例的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明实施例的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的结构示意图；图2示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的部分结构示意图；图3示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的部分横截面示意图；图4示出了本发明实施例中处理单元的工作方法流程图；图5示出了本发明一个具体实例中初始状态的姿态示意图；图6示出了本发明一个具体实例中碰撞状态的姿态变化示意图图7示出了本发明另一实施例中处理单元的工作方法流程图；图8示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的结构示意图；图9示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的横截面示意图；图10示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的纵截面示意图；图11示出了本发明实施例提供的触觉检测方法的流程示意图；图12示出了本发明实施例提供的一种触觉检测设备的结构示意图。附图标记：100触觉检测装置902处理器10柔性外壳904通信接口101金属网层906存储器20传感器908通信总线30处理单元910程序200机器人210手臂具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。本发明实施例提供了一种触觉检测装置，其可以应用于需要感应触觉的机器人上。图1示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的结构示意图。如图1所示，该触觉检测装置100包括柔性外壳10、多个传感器20和处理单元30。所述柔性外壳10可设置于该装置100所应用的机器人的外表面，当外界物体触碰到机器人时，将直接触碰到该柔性外壳10，使柔性外壳10产生形变。下文均以其应用于机器人为例进行说明。所述多个传感器20设置于所述柔性外壳10的内表面，用于获取所述柔性外壳10的姿态数据。柔性外壳10在没有形变和产生不同程度的形变时，设置于其内表面的传感器20所检测到的姿态数据将不相同。所述处理单元30与所述多个传感器20电连接，用于接收各所述传感器20发送的姿态数据，将姿态数据变化小于其相邻传感器20的姿态数据变化的传感器20的位置确定为触碰位置。所述柔性外壳10由柔软的且具有弹性的材料制成，例如橡胶。进一步的，图2示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的部分结构示意图，图3示出了本发明实施例提供的一种触觉检测装置的部分横截面示意图。如图2和图3所示，所述柔性外壳10可以采用空心柱状体结构，其内部铺设有金属网层101，金属网层101可以增加柔性外壳10的弹性和强度。柔性外壳10中，最外层与触碰物体接触的外表面与机器人之间具有空腔102，该空腔102使柔性外壳10最外层及设置于其上的传感器20在碰撞发生时具有可以移动的空间。所述传感器20可以采用姿态传感器，例如惯性测量单元(inertialmeasurementunit，imu)和三轴电子罗盘，其分散固定设置于所述柔性外壳10的内表面，实时监测其所处位置的姿态。所述姿态数据可以包括角速度数据、加速度数据和磁场数据中的一种或多种。所述处理单元30的数量一般设置一个即可。当该触觉检测装置100应用于机器人时，还可以和机器人共用处理单元，例如该处理单元30直接采用机器人上设置的处理器。下面对处理单元30所处理的工作进行详细说明。图4示出了本发明实施例中处理单元的工作方法流程图，如图4所示，该方法包括：步骤410：初始状态下，接收各所述传感器发送的初始姿态数据。一般情况下，初始状态为静止状态，此时机器人没有触碰任何其他物体。本实施例中，以传感器检测的数据为角速度数据为例进行说明。此时各传感器的初始姿态数据均为0。步骤420：按预设时间间隔接收各所述传感器发送的当前姿态数据。预设时间间隔根据实际情况设定，例如1s或2s。时间间隔设置越短，检测越及时，但若时间间隔设置的过短，又会给处理单元的计算造成压力，因此需要综合实际情况设置该间隔。当前姿态数据有可能是还没有碰撞的情况下的数据，此时当前姿态数据也还是为0；也可能是已经产生碰撞的情况下的数据，此时当前姿态数据将不为0。步骤430：计算各所述传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。将各传感器的当前姿态数据和初始姿态数据进行差值计算，并取绝对值，得到各传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。取绝对值是因为后续判断仅需要姿态变化的大小，而不需要姿态变化的方向，且在某个位置受力时，其周围相邻位置的姿态变化是相反的方向的，若在不取绝对值的情况下，与受力点相邻的传感器中的某些传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的差值将是负值，其数值会小于受力点的传感器，导致后续的判断结果不准确。步骤440：当某个传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值均小于其相邻传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值时，确定该传感器的位置为触碰位置。因发生碰撞时，受力点位置的受力方向一般为垂直受力，由于柔性外壳的材质为柔软的材质，该位置将在压力作用下被压下，此时该受力点位置的角速度变化几乎是没有的。而与其相邻的位置将弯曲变形，在受力点两侧位置的变形方向将会是相反的。此时该位置设置的传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值均会小于其相邻传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值，这样的位置即为触碰位置。下面取3个传感器对确定触碰位置的过程进行说明。图5示出了本发明一个具体实例中初始状态的姿态示意图；图6示出了本发明一个具体实例中碰撞状态的姿态变化示意图。如图5所示，在未受到碰撞时，各传感器处于初始状态，没有形变。此时处理单元接收各个传感器的初始姿态数据，作为参照，#1、#2和#3传感器的角速度数据均为0rad/s。图5中实线箭头为初始角速度方向。如图6所示，当发生碰撞时，由于柔性外壳会发生弯曲，固定在外壳内侧的传感器的数据会发生变化(具体而言，是受力点周围的传感器的数据会发生变化)。此时处理单元接收#1、#2和#3传感器的当前姿态数据，分别为0.349rad/s，-0.349rad/s，-0.314rad/s(角度变化分别为20度，-2度，-18度)。因当数值越接近0时，受力点越接近于该传感器的位置，因此该例中，受力点接近#2传感器位置。图6中实线箭头为当前角速度方向，虚线为初始角速度方向和当前角速度方向之间的夹角，也即形态变化的角度，中空箭头为受力方向。在一些实施例中，处理单元还可以确定所述触碰位置的受力情况。受力点周围的传感器，姿态变化越大，则受力越大。图7示出了本发明另一实施例中处理单元的工作方法流程图，如图7所示，该方法包括：步骤410：初始状态下，接收各所述传感器发送的初始姿态数据。步骤420：按预设时间间隔接收各所述传感器发送的当前姿态数据。步骤430：计算各所述传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。步骤440：当某个传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值均小于其相邻传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值时，确定该传感器的位置为触碰位置。步骤410-步骤440的具体实现和前述实施例的相同，可参考前文描述，此处不再赘述。步骤750：根据所述传感器的姿态数据变化，基于预设的姿态变化和受力对应关系表，确定所述触碰位置的受力情况。其中，所述姿态变化和受力对应关系表中存储有姿态变化数据和受力等级的对应关系，所述姿态变化数据为与触碰位置的传感器相邻的传感器的姿态变化数据，所述姿态变化数据是当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。具体的，所述受力情况可以为受力等级。此时，所述姿态变化和受力对应关系表通过如下方式预先设置：步骤a1：进行不同受力大小的多次触碰试验，由所述处理单元接收每次触碰试验时各所述传感器发送的当前姿态数据。步骤a2：测量每次触碰试验时触碰位置的受力大小。步骤a3：按照设定的受力等级表，确定每次触碰试验时触碰位置的受力大小所属的受力等级。步骤a4：根据所述当前姿态数据和所述受力等级，建立所述姿态变化和受力对应关系表。此外，还可以在获知柔性外壳材质和尺寸信息的情况下，通过姿态数据拟合出曲面的网格，根据拟合的网格，并基于柔性外壳材质受力变形性能和柔性外壳在受力方向的厚度，计算受力点和受力大小。不同材质，其受力变形的幅度将不相同；受力方向不同的外壳厚度，其受力变形的幅度也不相同。图8示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的结构示意图，图9示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的横截面示意图，图10示出了本发明实施例提供的触觉检测装置应用于机器人手臂时的纵截面示意图。如图8-10所示，将本发明实施例的触觉检测装置100应用于机器人200时，可以将该触觉检测装置100设置于机器人200的手臂、腿部、前胸、后背等容易与其他物体触碰的位置。本实施例以将该触觉检测装置100设置于机器人200的手臂210为例进行说明。如图8所示，触觉检测装置100设置于机器人200的右边手臂210，以检测右边手臂210是否触碰到物体。如图9所示，从横截面看，触觉检测装置100围绕手臂210设置有一圈，触觉检测装置100和手臂210之间具有空腔102，该空腔102使柔性外壳10最外层及设置于其上的传感器20在碰撞发生时具有可以移动的空间。如图10所示，触觉检测装置100在手臂210两端是收紧固定的，收紧固定方式可以有多种，例如通过松紧带收紧固定，或者通过皮带收紧固定等，此处不一一说明。本发明实施例通过设置柔性外壳，并在柔性外壳内表面设置多个传感器，由所述传感器采集所述柔性外壳的姿态数据，并通过处理单元对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。本发明实施例通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对本身材质也无特殊电气性能要求，材料成本较低，且由于柔性外壳的材质是柔性的，发生碰撞时不容易损坏。本发明实施例还提供了一种机器人。请参考图8-图10所示，在该机器人200上设置有如上实施例所述的触觉检测装置100。本发明实施例通过在机器人上设置触觉检测装置，在触觉检测装置中设置柔性外壳，并在柔性外壳内表面设置多个传感器，由所述传感器采集所述柔性外壳的姿态数据，并通过处理单元对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。本发明实施例通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对本身材质也无特殊电气性能要求，材料成本较低，且由于柔性外壳的材质是柔性的，发生碰撞时不容易损坏。本发明实施例还提供了一种触觉检测方法，该方法应用于上述实施例的触觉检测装置的处理单元上。图11示出了本发明实施例提供的触觉检测方法的流程示意图，如图11所示，所述方法包括如下步骤：步骤1110：接收各传感器发送的姿态数据。所述姿态数据包括角速度数据和加速度数据中的一种或多种。步骤1120：将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置。所述接收各所述传感器发送的姿态数据，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置，进一步包括：初始状态下，接收各所述传感器发送的初始姿态数据；按预设时间间隔接收各所述传感器发送的当前姿态数据；计算各所述传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值；当某个传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值均小于其相邻传感器的当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值时，确定该传感器的位置为触碰位置。所述方法还包括：根据所述传感器的姿态数据变化，基于预设的姿态变化和受力对应关系表，确定所述触碰位置的受力情况。其中，所述姿态变化和受力对应关系表中存储有姿态变化数据和受力等级的对应关系，所述姿态变化数据为与触碰位置的传感器相邻的传感器的姿态变化数据，所述姿态变化数据是当前姿态数据和初始姿态数据的绝对值差值。所述受力情况为受力等级，所述姿态变化和受力对应关系表可通过如下方式预先设置：进行不同受力大小的多次触碰试验，由所述处理单元接收每次触碰试验时各所述传感器发送的当前姿态数据；测量每次触碰试验时触碰位置的受力大小；按照设定的受力等级表，确定每次触碰试验时触碰位置的受力大小所属的受力等级；根据所述当前姿态数据和所述受力等级，建立所述姿态变化和受力对应关系表。本发明实施例应用于上述实施例的触觉检测装置的处理单元上，其具体工作过程和上述实施例中的处理单元的工作过程相同，可参考上述实施例的描述，此处不再赘述。本发明实施例对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置，通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对其所应用的触觉检测装置本身的材质也无特殊电气性能要求，使触觉检测装置的材料成本较低，且由于触觉检测装置可采用柔性外壳，发生碰撞时不容易损坏。本发明实施例提供了一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行根据如上实施例所述的触觉检测方法的步骤。本发明实施例对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置，通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对其所应用的触觉检测装置本身的材质也无特殊电气性能要求，使触觉检测装置的材料成本较低，且由于触觉检测装置可采用柔性外壳，发生碰撞时不容易损坏。图12示出了本发明实施例提供的一种触觉检测设备的结构示意图，本发明具体实施例并不对该触觉检测设备的具体实现做限定。如图12所示，该触觉检测设备可以包括：处理器(processor)902、通信接口(communicationsinterface)904、存储器(memory)906、以及通信总线908。其中：处理器902、通信接口904、以及存储器906通过通信总线908完成相互间的通信。通信接口904，用于与其它设备比如客户端或其它服务器等的网元通信。处理器902，用于执行程序910，具体可以执行上述用于触觉检测设备的触觉检测方法实施例中的相关步骤。具体地，程序910可以包括程序代码，该程序代码包括计算机操作指令。处理器902可能是中央处理器cpu，或者是特定集成电路asic(applicationspecificintegratedcircuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。触觉检测设备包括的一个或多个处理器，可以是同一类型的处理器，如一个或多个cpu；也可以是不同类型的处理器，如一个或多个cpu以及一个或多个asic。存储器906，用于存放程序910。存储器906可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。本发明实施例对传感器采集的姿态数据进行处理，将姿态数据变化小于其相邻传感器的姿态数据变化的传感器的位置确定为触碰位置，通过检测姿态变化而非电气特性来检测触碰的发生，因此对触碰物体的导电性等特性没有要求，对其所应用的触觉检测装置本身的材质也无特殊电气性能要求，使触觉检测装置的材料成本较低，且由于触觉检测装置可采用柔性外壳，发生碰撞时不容易损坏。在此提供的算法或显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明实施例也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。当前第1页12