專利名稱：多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器技術(shù)領(lǐng)域的傳感單元，具體地說，是一種多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元。
背景技術(shù)：
機(jī)器人需要具備在外界環(huán)境中探測、識別物體的傳感器，目前，視覺傳感器是最常見的選擇。但在各種不同的惡劣環(huán)境中，如黑暗、泥濘的環(huán)境以及大霧或者水下環(huán)境，觸覺傳感器便成為了首選。與視覺傳感器相比，觸覺傳感器在結(jié)構(gòu)上要簡單得多，價格也較為便宜。人工觸須是目前較為常用的傳感裝置，現(xiàn)有的觸須傳感器都是通過記錄觸須根部由于物體接觸所產(chǎn)生的微小位移來判斷接觸物的位置和輪廓。但觸須根部的位移量是一個微小的變化迅速的二維信號，這對采樣頻率要求較高，其中，高頻信號還包含有被觸物的紋理、粗糙度等信息，這些都對信號的采集與分析造成了難度。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，谷安、謝清華在《傳感器與微系統(tǒng)》2006年第25卷第6期PP83——PP88上發(fā)表的文章“機(jī)器人觸須傳感器的設(shè)計(jì)”，該文中設(shè)計(jì)了基于PSD的觸須傳感器，通過在接近觸須根部的位置固連一遮光片，在遮光片正對內(nèi)光源中心的位置上開透光孔作為二維PSD檢測光源的方法，通過PSD傳感器來檢測由于觸須彎曲在遮光片平面所產(chǎn)生的兩維位移量大小，由PSD將觸須根部機(jī)械量位移轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號輸出。這種觸須傳感器的工作過程依賴于大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取和分析，數(shù)據(jù)的離散性較大，傳感器的制作，尤其是觸須的制作工藝，實(shí)驗(yàn)的對象都會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成較大影響，對觸須的選材、傳感器的標(biāo)定和數(shù)據(jù)處理均提出了較高的要求，這些都限制了它作為產(chǎn)品投入大量應(yīng)用的前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種基于CAN總線的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，使其具有觸須根部機(jī)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，同時，也不需要復(fù)雜的信息處理算法，重量輕，可實(shí)現(xiàn)具有一定精度的位置探測，降低了成本，而且特別適用于移動機(jī)器人的設(shè)計(jì)。另外，本發(fā)明也具有一般的人工觸須環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)、樹形枝干、前枝、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)、后枝、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)。帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)安裝在樹形枝干的末端，前枝通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)與樹形枝干相連接，后枝通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)與樹形枝干連接，前枝、后枝與樹形枝干之間呈樹枝狀結(jié)構(gòu)分布，干節(jié)點(diǎn)、前枝節(jié)點(diǎn)和后枝節(jié)點(diǎn)之間通過CAN總線連接。
當(dāng)前枝與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，前枝與樹形枝干之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將該變化通CAN總線傳出；當(dāng)后枝與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，后枝與樹形枝干之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將這個變化值通過CAN總線傳出。在上面兩種情況中的任何一種發(fā)生時，樹形枝干也會發(fā)生沿干節(jié)點(diǎn)的角度位移，干節(jié)點(diǎn)處發(fā)生的角度變化也通過CAN總線傳出。在干節(jié)點(diǎn)、前枝節(jié)點(diǎn)和后枝節(jié)點(diǎn)所發(fā)生的角度變化與各節(jié)點(diǎn)處的彈性介質(zhì)的彈性系數(shù)和樹形枝干與被探測到物體的位置有關(guān)。通過對這多個節(jié)點(diǎn)回傳信息的處理，便可推算出外部環(huán)境中物體的位置。當(dāng)與外部的物體脫離接觸后，各節(jié)點(diǎn)在其內(nèi)部彈性介質(zhì)的作用下，回復(fù)到初始設(shè)定狀態(tài)。
在本發(fā)明中，前枝與帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)一一對應(yīng)，后枝與帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)一一對應(yīng)，其數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場使用要求增減。
本發(fā)明便于實(shí)現(xiàn)對周圍環(huán)境接近覺的傳感，通過合理選擇各節(jié)點(diǎn)處的角度編碼器的位數(shù)，便可方便地設(shè)置傳感精度。同時，避免了傳統(tǒng)人工觸須根部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和對傳感信號的處理，大大降低了制作成本和微型化難度，并可保障操作的可靠性。本發(fā)明尤其適合于移動機(jī)器人或操作用機(jī)械手對外部環(huán)境的感知需求，可從根本上改善現(xiàn)有人工觸須的結(jié)構(gòu)模式。與現(xiàn)有文獻(xiàn)比較，本發(fā)明的傳感系統(tǒng)成本低，一致性好，同時，現(xiàn)場的安裝及標(biāo)定等調(diào)試工作也非常簡化，便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化與大批量推廣。


圖1為本發(fā)明的兩維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的三維立體示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1、2所示，本實(shí)施例包括帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)1、樹形枝干2、前枝3、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)4、后枝5、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)6，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)1安裝在樹形枝干2的末端，前枝3通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)4與樹形枝干2相連接，后枝5通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)6與樹形枝干連接，干節(jié)點(diǎn)1、前枝節(jié)點(diǎn)4和后枝節(jié)點(diǎn)6之間通過CAN總線連接。
本實(shí)施例的工作過程當(dāng)前枝3與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，前枝3與樹形枝干2之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)4則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將該變化通CAN總線傳出；當(dāng)后枝5與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，后枝5與樹形枝干2之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)6則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將這個變化值通過CAN總線傳出。在上面兩種情況發(fā)生時，樹形枝干2也會發(fā)生沿干節(jié)點(diǎn)1的角度位移，干節(jié)點(diǎn)1處發(fā)生的角度變化也通過CAN總線傳出。在干節(jié)點(diǎn)1、前枝節(jié)點(diǎn)4和后枝節(jié)點(diǎn)6所發(fā)生的角度變化與各節(jié)點(diǎn)處的彈性介質(zhì)的彈性系數(shù)和樹形枝干與被探測到物體的位置有關(guān)。通過對這三個節(jié)點(diǎn)回傳信息的處理，便可推算出外部環(huán)境中物體的位置。當(dāng)與外部的物體脫離接觸后，各節(jié)點(diǎn)在其中彈性介質(zhì)的作用下，回復(fù)到初始狀態(tài)的設(shè)定值。
從本實(shí)施例可看出，通過對前枝節(jié)點(diǎn)4和后枝節(jié)點(diǎn)6反饋值的監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對外部環(huán)境接近覺的傳感，且具有較高的位置和姿態(tài)調(diào)整分辨率，其傳感精度取經(jīng)于本發(fā)明的主節(jié)點(diǎn)1、前枝枝節(jié)點(diǎn)4和后枝節(jié)點(diǎn)6內(nèi)置的編碼器精度。此外，通過串聯(lián)本傳感單元，可適用于更復(fù)雜任務(wù)要求。
權(quán)利要求
1.一種多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征在于，包括帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)(1)、樹形枝干(2)、前枝(3)、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)(4)、后枝(5)、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)(6)，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)(1)設(shè)置在樹形枝干(2)的末端，前枝(3)通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)(4)與樹形枝干(2)相連接，后枝(5)通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)(6)與樹形枝干連接，干節(jié)點(diǎn)(1)、前枝節(jié)點(diǎn)(4)和后枝節(jié)點(diǎn)(6)之間通過CAN總線連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，所述前枝(3)與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，前枝(3)與樹形枝干(2)之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)(4)則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將該變化通CAN總線傳出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，所述后枝(5)與環(huán)境中的物體發(fā)生接觸時，后枝(5)與樹形枝干(2)之間的夾角發(fā)生變化，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)(6)則通過其內(nèi)置的編碼器記錄所發(fā)生的角度變化，并將這個變化值通過CAN總線傳出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，所述樹形枝干(2)會發(fā)生沿干節(jié)點(diǎn)(1)的角度位移，干節(jié)點(diǎn)(1)處發(fā)生的角度變化也通過CAN總線傳出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，在所述干節(jié)點(diǎn)(1)、前枝節(jié)點(diǎn)(4)和后枝節(jié)點(diǎn)(6)所發(fā)生的角度變化與各節(jié)點(diǎn)處的彈性介質(zhì)的彈性系數(shù)和樹形枝干與被探測到物體的位置有關(guān)，通過對這三個節(jié)點(diǎn)回傳信息的處理，得出外部環(huán)境中物體的位置；當(dāng)與外部的物體脫離接觸后，各節(jié)點(diǎn)在其中彈性介質(zhì)的作用下，回復(fù)到初始狀態(tài)的設(shè)定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，所述前枝(3)、后枝(5)與樹形枝干(2)之間呈樹枝狀結(jié)構(gòu)分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，其特征是，所述前枝(3)與帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)(4)一一對應(yīng)，后枝(5)與帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)(6)一一對應(yīng)。
全文摘要
一種多節(jié)點(diǎn)樹形結(jié)構(gòu)人工觸須接近覺傳感單元，屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)、樹形枝干、前枝、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)、后枝、帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)，帶有編碼器及彈性介質(zhì)的干節(jié)點(diǎn)安裝在樹形枝干的末端，前枝通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的前枝節(jié)點(diǎn)與樹形枝干相連接，后枝通過帶有編碼器及彈性介質(zhì)的后枝節(jié)點(diǎn)與樹形枝干連接，干節(jié)點(diǎn)、前枝節(jié)點(diǎn)和后枝節(jié)點(diǎn)之間通過CAN總線連接。本發(fā)明可根據(jù)使用需要方便地設(shè)置傳感精度。同時，避免了傳統(tǒng)人工觸須根部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和對傳感信號的處理算法，大大降低了制作成本和微型化難度，并可保障操作的可靠性。
文檔編號G01D5/347GK101033985SQ200710037289
公開日2007年9月12日 申請日期2007年2月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月8日
發(fā)明者頓向明, 頓向勇 申請人:上海交通大學(xué)