应用在智能机器人上的触觉感知方法以及触觉感知装置与流程

本发明涉及一种智能机器人领域，具体涉及一种应用在智能机器人上的触觉感知方法以及触觉感知装置。
背景技术：
：在智能机器人领域，触觉系统在智能机器人的感觉系统中占有非常重要的地位。目前有公开一种带有触觉系统的机器人，使用柔性电路板作为触觉感知的载体，并使用触摸感知芯片作为触觉感受的检测电路，实现机器人的触觉感知能力。随着智能机器人的智能化程度的不断提高，智能机器人开始应用于家庭领域，例如给人带来欢笑的宠物机器人，照顾家庭成员的护理机器人，这些都要求智能机器人不仅能接收到外部信息，还能够进行一定的处理，给予反馈。上述智能机器人虽然带有触觉感应系统，但信息处理能力不足，从而智能化程度不高。技术实现要素：有鉴于此，本发明提供一种触觉感知方法和触觉感知装置，应用在智能机器人身上，使智能机器人具有根据受力部位和受力大小表达不同情绪的能力。根据本发明的第一方面，提供一种应用在智能机器人上的触觉感知方法，包括以下步骤：获取外部压力信号，将所述外部压力信号转换为数字信号；计算外部压力信号持续的时间值，根据所述持续的时间值及数字信号计算出数字信号变化率；将所述数字信号变化率与预设的变化阈值进行比较，从而确定外部压力信号的类型；以及确定压力产生位置，根据所述压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与所述压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达 控制信号，从而触发相应的情绪表达。优选地，若所述数字信号变化率大于预设的第一变化阈值，则将所述外部压力信号的类型确定为拍打，否则，将所述外部压力信号的类型确定为抚摸。优选地，所述若所述数字信号变化率大于预设的第一变化阈值，则将所述外部压力信号的类型确定为拍打包括：第一变化阈值第二变化阈值第一变化阈值如果所述数字信号变化率大于第一变化阈值而小于等于第二变化阈值，则将所述压力信号的类型确定为轻微拍打；以及如果所述数字信号变化率大于第二变化阈值，则将所述压力信号的类型确定为用力拍打。优选地，所述情绪表达具体为：执行相应的机械动作、播放相应的提示语音和/或显示相应的提示信息。优选地，所述计算外部压力信号持续的时间值，根据所述持续的时间值及数字信号计算出数字信号变化率为：计算外部压力信号持续的时间值，在所述持续的时间值内根据预设时间段选取所述预设时间段对应的数字信号，根据所述预设时间段及所述预设时间段对应的数字信号计算出数字信号变化率。优选地，所述预设时间段为0.5-1.5秒。优选地，所述压力产生位置包括所述智能机器人的头部、背部、前胸、腹部和/或前肢处。根据本发明的第二方面，提供一种应用在智能机器人上的触觉感知装置，包括设置在智能机器人上的：获取外部压力信号的压力感知单元；将所述外部压力信号转换为数字信号的模数转换单元；用于计算所述外部压力信号持续的时间值和数字信号变化率，根据所述数字信号变化率和预设的变化阈值比对确定所述外部压力信号的类型的压力类型判断单元；用于根据所述外部压力信号确定压力产生位置的位置判断单元；用于根据所述压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与所述压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号的控制信号生成单元。优选地，所述情绪表达控制信号用于控制执行相应的机械动作、播 放相应的提示语音和/或显示相应的提示信息。优选地，所述压力感知单元为电阻式压力传感器。优选地，该装置还包括分别与压力类型判断单元、控制信号生成单元连接，用于存储预设的变化阈值和预设的映射列表的数据存储单元。本发明提供一种应用在智能机器人上的触觉感知方法和触觉感知装置，该触觉感知方法和触觉感知装置获取外部压力信号，将所述外部压力信号转换为数字信号；计算外部压力信号持续的时间值，根据所述持续的时间值及数字信号计算出数字信号变化率；将所述数字信号变化率与预设的变化阈值进行比较，从而确定外部压力信号的类型；以及确定压力产生位置，根据所述压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与所述压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号，从而触发相应的情绪表达。应用本发明的智能机器人具备多个部位的感知能力，根据部位和受力类型，具有不同的情绪表达，使智能机器人更加拟人化。附图说明通过参照以下附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是本发明实施例的企鹅形状的智能机器人的结构示意图；图2是本发明实施例的压力传感器使用示意图；图3是本发明实施例的触觉感知方法的流程图；图4是本发明另一实施例的触觉感知方法的流程图；图5是本发明实施例的触觉感知装置的电路连接框图；图6是本发明另一实施例的触觉感知装置的电路连接框图。具体实施方式以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程没有详细 叙述。另外附图不一定是按比例绘制的。附图中的流程图、框图图示了本发明实施例的系统、方法、装置的可能的体系框架、功能和操作，流程图和框图上的方框可以代表一个单元、程序段或仅仅是一段代码，所述单元、程序段和代码都是用来实现规定逻辑功能的可执行指令。也应当注意，所述实现规定逻辑功能的可执行指令可以重新组合，从而生成新的单元和程序段。因此附图的方框以及方框顺序只是用来更好的图示实施例的过程和步骤，而不应以此作为对发明本身的限制。在图1所示的本发明的一个实施例中，所述智能机器人是一个企鹅形状的智能机器人，企鹅机器人由于其活泼的体态，深受儿童的喜爱。在图1中，所述企鹅机器人的左翅膀、前胸、右翅膀、头部、后背的区域，分别粘贴有编号101，102，103，104，105的薄膜压力传感器。本方案的薄膜压力传感器背面有粘胶，直接粘贴在企鹅身体的某个部位。在企鹅机器人的背部、前胸、腹部和/或前肢处、双翅可安装长条形传感器，可感知条形区域内的受力状态。在企鹅机器人头部安装方形传感器，可感知方块区域内的受力状态。在本方案中的压力传感器优选为电阻式压力传感器。图2是压力传感器的使用示意图。在图2中，压力传感器200包括压力敏感层201和黏贴层202，通过黏贴层202可以将压力传感器粘贴在智能机器人外壳的任意位置。压力传感器的大小和面积也可以根据实际需要进行调整。本领域的技术人员可以理解，企鹅形态的机器人只是本发明的智能机器人的优选形态，也可以是其他任意宠物形态或类人形态或工业领域的任意形状的机器人。同理，压力传感器的形状、大小、以及安装位置都没有特定的要求，在上述的实施例中对此仅提出优选的方案，不应据此作为对本发明的智能机器人的限制。图3是本发明实施例的触觉感知方法的流程图。所述触觉感知方法包括步骤301-步骤306。在步骤301中，获取外部压力信号，将外部压力信号转换为数字信号。当该方法应用智能机器人时，在智能机器人身体的各部位黏贴传感 部件，用于获取在各部位的压力信号。在本步骤中，将获取到的压力信号转成数字信号用于后续处理。在步骤302中，计算外部压力信号持续的时间值，根据时间值及数字信号计算出数字信号变化率。在一个优选的实施例中，在压力信号持续时间段内，选择一个0.5-1.5秒的时间段，计算该时间段内的数字信号的变化(即施加的外力变化)，将两者之差与该时间段的比值作为数字信号变化率。一般情况下0.5-1.5秒的时间段足以传感器捕捉到施加的作用力的精确变化从而捕捉到数字信号的变化。例如，在1秒的施加的外力为100牛顿，施加的面积为0.026平方米，通过100/0.026≈3846牛顿/平方米，3846牛顿/平方米即为数字信号变化率表征的数值。在步骤303中，比较数字信号变化率与预设的第一变化阈值。在本步骤中，比较数字信号变化率与预设的第一变化阈值，并根据比较结果确定外部压力信号的类型。在步骤304中，确定外部压力信号的类型确定为拍打。在步骤305中，确定外部压力信号的类型确定为抚摸。例如上例中的数字信号变化率为3846牛顿/平方米，如果预设的变化阈值大于该值，则可以判定为拍打，否则为抚摸。在步骤306中，根据压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号，从而触发情绪表达。预设的映射列表存储有压力产生位置、外部压力信号的类型与机器人反馈的映射关系。在一个实施例中，所述映射关系如下表所示：压力位置压力类型机器人反馈头部抚摸头部左右摇动、播放提示音翅膀抚摸翅膀前后摆动肚子抚摸头部和翅膀摆动背部抚摸头部和翅膀摆动头部拍打后退一步背部拍打后退两步根据压力产生位置、外部压力信号的类型生成一个情绪表达控制信 号。情绪表达控制信号用于表征机器人反馈类型，例如上表中的机器人反馈。通过情绪表达控制信号，能够触发机器人的执行机构执行某些动作，表情从而表达一些诸如高兴、愤怒、忧郁等拟人情绪。情绪表达的执行机构可以包括机器人身体的各个部位，安装在机器人身体上的声音装置，显示装置等。例如，通过双手、双脚执行手舞足蹈的动作，或通过声音合成装置和麦克风播放相应的提示音，或通过显示屏显示一些表情符号，提示音等，或几种方式组合反馈。在上述实施例提供的感应方法，使智能机器人能够根据不同部位以及在其上施加的外力的类型做出不同的反馈，使智能机器人更加拟人化。图4是本发明另一实施例的触觉感知方法的流程图。所述触觉感知方法包括步骤401-步骤407。其中步骤401-402和图3的步骤301-302相同，这里就不在赘述。在步骤403中，比较数字信号变化率与预设的第一变化阈值、第二变化阈值。在本步骤中，分别比较数字信号变化率和第一变化阈值，第二变化阈值，如果数字信号变化大于第二变化阈值，则执行步骤404，如果数值信号变化率大于第一变化阈值而小于等于第二变化阈值，则执行步骤405，否则执行步骤406。在步骤404，405，406中，分别判定上述外部压力信号的类型为用力拍打，轻微拍打和抚摸。下表是一个新的映射表压力位置压力类型机器人反馈头部抚摸头部左右摇动、播放提示音翅膀抚摸翅膀前后摆动肚子抚摸头部和翅膀摆动背部抚摸头部和翅膀摆动头部轻微拍打后退一步背部用力拍打后退两步在步骤407中，根据压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号。在图4所述的触觉感知方法中，增加了第二变化阈值的描述，从而 将拍打分为用力拍打和轻微拍打，增加了智能机器人处理和反馈的多样性，使其更加拟人化。当然，本领域的技术人员可以理解到，图1和图2仅仅是对本发明的触觉感知方法的示例性描述，压力类型的种类不应该局限于上述提到的三种类型，所有通过信号变化率和预设的变化阈值比较确定的压力类型都应该在本发明保护的范围之内。另外，本发明强调通过压力类型和压力位置共同作用生成情绪表达控制信号，其中，情绪表达控制信号用于触发多种形式的情绪表达，可以定义多种压力位置、压力类型和控制信号的映射关系(如上表)，所有这些定义和实现都应该包含在本发明的保护范围之内。本领域的技术人员可以在本发明的精神下做出一些合理的变形，此变形也应包括在本发明的保护范围之内。图5是本发明实施例的触觉感知装置的电路连接框图。如图5所示，触觉感知装置500包括501-505。压力感知单元501用于获取外部压力信号，并将压力信号传输到模数转换单元502。压力感知单元401可以采用超薄型电阻式压力传感器作为外力检测设备，传感器将施加在其薄膜区域的压力转化为电阻值的变化，从而获得压力信息对应的信号。外部压力越大，电阻值越低，通过传感器内部的电路将外部压力所改变的电阻值的变化转化为电压或电流的变化，并将电压或电流的数值转换为数字信号输出到模数转换单元502。模数转换单元502将外部压力信号转换为数字信号，并传输到压力类型判断单元503和位置判断单元504。压力类型判断单元503用于计算所述外部压力信号持续的时间值和数字信号变化率，根据所述数字信号变化率和预设的变化阈值比对确定所述外部压力信号的类型。位置判断单元504用于根据外部压力信号确定压力产生位置。控制信号生成单元505根据接收到的压力信号类型和压力产生位置，与预设的映射列表进行比对，生成与压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号的控制信号生成单元。这里的情绪表达控制信号用于控制执行相应的机械动作、播放相应的提示语音和/或显示相应的提示信息。在一个优选的实施例中，如图6所示，触觉感知装置600除了包括图5所示的功能单元外，还包括数据存储单元601，分别与压力类型判断单元503、控制信号生成单元505连接，用于存储预设的变化阈值和预设的映射列表的数据存储单元。上述的触觉感知装置应用于智能机器人时，通过在智能机器人身体各个部位黏贴的压力感知单元将压力传输到机器人的触觉感知装置，通过触觉感知装置处理后生成情绪表达控制信号，该控制信号用于驱动机器人做出各种情绪表达。机器人身体上安装多个执行部件，如双手、双脚、前胸、后背、头部等，用于播放相应提示语音的语音播放单元，如语音合成装置、麦克风，和/或用于显示相应提示信息的信息显示单元，如led显示屏等，这些部件和触觉感知装置电连接，并按照收到的情绪表达控制信号做出相对应的情绪表达。图5和图6所示的触觉感知装置，包括设置在智能机器人上的：获取外部压力信号的压力感知单元；将外部压力信号转换为数字信号的模数转换单元；用于计算外部压力信号持续的时间值和数字信号变化率，根据数字信号变化率和预设的变化阈值比对确定外部压力信号的类型的压力类型判断单元；用于根据所外部压力信号确定压力产生位置的位置判断单元；用于根据压力产生位置及外部压力信号的类型与预设的映射列表进行比对，生成与所述压力产生位置及外部压力信号的类型相对应的情绪表达控制信号的控制信号生成单元。其中，情绪表达控制信号和施加的外力的类型和部位同时相关，根据这两个参数检索映射列表，根据检索到的结果控制智能机器人进行反馈。这样，使得智能机器人的反馈更加有趣。而且由于预设的映射列表存储到数据存储单元，因此通过对数据存储单元的映射列表进行修改，实现智能机器人的反馈变化。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。例如，在实际应用中，可以不同的需要将上述单元功能划分为和本发明实施例不同的功能结构，或将本发明实施例中的几个功能单元合并和分解成不同的功能结构。因此，无论从哪一点来看， 均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12