CN100449270C - 多节点树形结构人工触须接近觉传感单元 - Google Patents

Abstract

一种多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，属于机械技术领域。本发明带有编码器及弹性介质的干节点、树形枝干、前枝、带有编码器及弹性介质的前枝节点、后枝、带有编码器及弹性介质的后枝节点，带有编码器及弹性介质的干节点安装在树形枝干的末端，前枝通过带有编码器及弹性介质的前枝节点与树形枝干相连接，后枝通过带有编码器及弹性介质的后枝节点与树形枝干连接，干节点、前枝节点和后枝节点之间通过CAN总线连接。本发明可根据使用需要方便地设置传感精度。同时，避免了传统人工触须根部的复杂结构和对传感信号的处理算法，大大降低了制作成本和微型化难度，并可保障操作的可靠性。

Description

多节点树形结构人工触须接近觉传感单元

技术领域

本发明涉及一种传感器技术领域的传感单元，具体地说，是一种多节点树形结构人工触须接近觉传感单元。

背景技术

机器人需要具备在外界环境中探测、识别物体的传感器，目前，视觉传感器是最常见的选择。但在各种不同的恶劣环境中，如黑暗、泥泞的环境以及大雾或者水下环境，触觉传感器便成为了首选。与视觉传感器相比，触觉传感器在结构上要简单得多，价格也较为便宜。人工触须是目前较为常用的传感装置，现有的触须传感器都是通过记录触须根部由于物体接触所产生的微小位移来判断接触物的位置和轮廓。但触须根部的位移量是一个微小的变化迅速的二维信号，这对采样频率要求较高，其中，高频信号还包含有被触物的纹理、粗糙度等信息，这些都对信号的采集与分析造成了难度。

经对现有技术的文献检索发现，谷安、谢清华在《传感器与微系统》2006年第25卷第6期PP83——PP88上发表的文章“机器人触须传感器的设计”，该文中设计了基于PSD的触须传感器，通过在接近触须根部的位置固连一遮光片，在遮光片正对内光源中心的位置上开透光孔作为二维PSD检测光源的方法，通过PSD传感器来检测由于触须弯曲在遮光片平面所产生的两维位移量大小，由PSD将触须根部机械量位移转换成相应的电压信号输出。这种触须传感器的工作过程依赖于大量实验数据的获取和分析，数据的离散性较大，传感器的制作，尤其是触须的制作工艺，实验的对象都会对实验结果造成较大影响，对触须的选材、传感器的标定和数据处理均提出了较高的要求，这些都限制了它作为产品投入大量应用的前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于CAN总线的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，使其具有触须根部机构简单的特点，同时，也不需要复杂的信息处理算法，重量轻，可实现具有一定精度的位置探测，降低了成本，而且特别适用于移动机器人的设计。另外，本发明也具有一般的人工触须环境适应性强的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：带有编码器及弹性介质的干节点、树形枝干、前枝、带有编码器及弹性介质的前枝节点、后枝、带有编码器及弹性介质的后枝节点。带有编码器及弹性介质的干节点安装在树形枝干的末端，前枝通过带有编码器及弹性介质的前枝节点与树形枝干相连接，后枝通过带有编码器及弹性介质的后枝节点与树形枝干连接，前枝、后枝与树形枝干之间呈树枝状结构分布，干节点、前枝节点和后枝节点之间通过CAN总线连接。

当前枝与环境中的物体发生接触时，前枝与树形枝干之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的前枝节点则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将该变化通CAN总线传出；当后枝与环境中的物体发生接触时，后枝与树形枝干之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的后枝节点则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将这个变化值通过CAN总线传出。在上面两种情况中的任何一种发生时，树形枝干也会发生沿干节点的角度位移，干节点处发生的角度变化也通过CAN总线传出。在干节点、前枝节点和后枝节点所发生的角度变化与各节点处的弹性介质的弹性系数和树形枝干与被探测到物体的位置有关。通过对这多个节点回传信息的处理，便可推算出外部环境中物体的位置。当与外部的物体脱离接触后，各节点在其内部弹性介质的作用下，回复到初始设定状态。

在本发明中，前枝与带有编码器及弹性介质的前枝节点一一对应，后枝与带有编码器及弹性介质的后枝节点一一对应，其数量可根据现场使用要求增减。

本发明便于实现对周围环境接近觉的传感，通过合理选择各节点处的角度编码器的位数，便可方便地设置传感精度。同时，避免了传统人工触须根部的复杂结构和对传感信号的处理，大大降低了制作成本和微型化难度，并可保障操作的可靠性。本发明尤其适合于移动机器人或操作用机械手对外部环境的感知需求，可从根本上改善现有人工触须的结构模式。与现有文献比较，本发明的传感系统成本低，一致性好，同时，现场的安装及标定等调试工作也非常简化，便于实现标准化与大批量推广。

附图说明

图1为本发明的两维结构示意图；

图2为本发明的三维立体示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、2所示，本实施例包括：带有编码器及弹性介质的干节点1、树形枝干2、前枝3、带有编码器及弹性介质的前枝节点4、后枝5、带有编码器及弹性介质的后枝节点6，带有编码器及弹性介质的干节点1安装在树形枝干2的末端，前枝3通过带有编码器及弹性介质的前枝节点4与树形枝干2相连接，后枝5通过带有编码器及弹性介质的后枝节点6与树形枝干连接，干节点1、前枝节点4和后枝节点6之间通过CAN总线连接。

本实施例的工作过程：当前枝3与环境中的物体发生接触时，前枝3与树形枝干2之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的前枝节点4则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将该变化通CAN总线传出；当后枝5与环境中的物体发生接触时，后枝5与树形枝干2之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的后枝节点6则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将这个变化值通过CAN总线传出。在上面两种情况发生时，树形枝干2也会发生沿干节点1的角度位移，干节点1处发生的角度变化也通过CAN总线传出。在干节点1、前枝节点4和后枝节点6所发生的角度变化与各节点处的弹性介质的弹性系数和树形枝干与被探测到物体的位置有关。通过对这三个节点回传信息的处理，便可推算出外部环境中物体的位置。当与外部的物体脱离接触后，各节点在其中弹性介质的作用下，回复到初始状态的设定值。

从本实施例可看出，通过对前枝节点4和后枝节点6反馈值的监控，可实现对外部环境接近觉的传感，且具有较高的位置和姿态调整分辨率，其传感精度取经于本发明的主节点1、前枝枝节点4和后枝节点6内置的编码器精度。此外，通过串联本传感单元，可适用于更复杂任务要求。

Claims (7)

1、一种多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征在于，包括：带有编码器及弹性介质的干节点(1)、树形枝干(2)、前枝(3)、带有编码器及弹性介质的前枝节点(4)、后枝(5)、带有编码器及弹性介质的后枝节点(6)，带有编码器及弹性介质的干节点(1)设置在树形枝干(2)的末端，前枝(3)通过带有编码器及弹性介质的前枝节点(4)与树形枝干(2)相连接，后枝(5)通过带有编码器及弹性介质的后枝节点(6)与树形枝干连接，干节点(1)、前枝节点(4)和后枝节点(6)之间通过CAN总线连接。

2、根据权利要求1所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，所述前枝(3)与环境中的物体发生接触时，前枝(3)与树形枝干(2)之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的前枝节点(4)则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将该变化通过CAN总线传出。

3、根据权利要求1所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，所述后枝(5)与环境中的物体发生接触时，后枝(5)与树形枝干(2)之间的夹角发生变化，带有编码器及弹性介质的后枝节点(6)则通过其内置的编码器记录所发生的角度变化，并将这个变化值通过CAN总线传出。

4、根据权利要求1或2或3所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，所述树形枝干(2)会发生沿干节点(1)的角度位移，干节点(1)处发生的角度变化通过CAN总线传出。

5、根据权利要求4所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，在所述干节点(1)、前枝节点(4)和后枝节点(6)所发生的角度变化与各节点处的弹性介质的弹性系数和树形枝干与被探测到物体的位置有关，通过对这三个节点回传信息的处理，得出外部环境中物体的位置；当与外部的物体脱离接触后，各节点在其中弹性介质的作用下，回复到初始状态的设定值。

6、根据权利要求1所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，所述前枝(3)、后枝(5)与树形枝干(2)之间呈树枝状结构分布。

7.根据权利要求1所述的多节点树形结构人工触须接近觉传感单元，其特征是，所述前枝(3)与带有编码器及弹性介质的前枝节点(4)一一对应，后枝(5)与带有编码器及弹性介质的后枝节点(6)一一对应。

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