CN106197777B - 指环式组合阵列变送器及采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指环式组合阵列变送器及采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法，用于解决现有变送器实用性差的技术问题。技术方案是指环式组合阵列变送器为环形结构，其表面分布有39个力敏感单元。采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法，将指环阵列变送器测量的触觉力信号与环境温度信号的信号调理、数据融合及真实触觉力通过第一信号输出电路与第二信号输出电路输出。其中信号调理电路实现力信号与温度信号的信号放大与RC滤波；数据采集电路通过分时与片选方式实现微控制器对所测量的触觉力信号与温度信号的数字量采集；微控制器完成力信号与温度信号的BP网络数据融合，实现真实触觉力输出，完成水下机械手触觉力的测量，实用性强。

Description

指环式组合阵列变送器及采用该变送器测量水下机械手触觉 力的方法

技术领域

本发明涉及一种变送器，特别涉及一种指环式组合阵列变送器。还涉及一种采用指环式组合阵列变送器测量水下机械手触觉力的方法。

背景技术

机器人触觉传感技术是实现机器人智能化的关键技术之一，力测量触觉变送器在机器人操作中得到了大量的应用。随着微电子机械系统(MEMS)技术的不断发展以及各种敏感材料的出现，为机器人触觉传感器的研究、设计和制作提供了良好的基础。但是由于水下环境的复杂性使传感器在水下机器人应用过程中存在很大的限制。水深的变化造成静压力的变化影响传感器的测量精度，水的静压力作用可能超出力传感器的工作范围；机械手的运动造成水的流动，对传感器的测量造成干扰；水的盐度、酸碱度、腐蚀性等特点对传感器的密封性造成的影响。所以，水下复杂的环境对水下触觉传感器的测量精度以及稳定性等参数带来很大的影响，要求设计的力触觉传感器稳定性好、耐腐蚀性强、耐压性好、能够感受不同方向的力、并且能够消除不同水层对传感器的测量影响。

文献“授权公告号是CN102706489B的中国发明专利”公开了一种仿人型机器人多指手柔性三维力触觉传感器及其三维力检测系统。该检测系统主要针对多数触觉传感器只能采集法向力而不能像人手一样检测法向力的同时检测力的问题，用于仿人型机器人多指手三维力检测的触觉传感器。所设计传感器本体从上至下依次由传力半球层、柔性顶层电极层、具有量子隧道效应的复合材料QTC和柔性底层电极层组成，信号采集电路是由混合信号阵列式可编程的片上系统和模拟多路选择模块构成。但是该传感器结构复杂，在长期的运动与受力过程中容易毁坏电路，未体现检测滑移信号的功能，并且没有公布温度对力敏感元件影响的数据融合方法，不同的数据处理方式对力信号的结果造成很大影响。

发明内容

为了克服现有变送器实用性差的不足，本发明提供一种指环式组合阵列变送器及采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法。指环式组合阵列变送器为环形结构，其表面分布有39个力敏感单元，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件，用于测量触觉力与温度。采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法，将指环阵列变送器测量的触觉力信号与工作环境温度信号的信号调理、数据融合以及真实触觉力输出。其中信号调理电路实现力信号与温度信号的信号放大与RC滤波；数据采集电路通过分时与片选方式实现微控制器对所测量的触觉力信号与温度信号的数字量采集；微控制器完成力信号与温度信号的BP网络数据融合，实现真实触觉力输出。第一信号输出电路与第二信号输出电路实现不同形式的触觉力信号输出，完成水下机械手触觉力的测量，实用性强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种指环式组合阵列变送器，其特点是：骨架为圆环式结构，在变送器的下端有30°的空隙用来实现机械手手指的固定，在空隙处有两个方形平板相连，在每个平板上有两个圆形的通孔，用于固定变送器。骨架外侧分布有39个力敏感单元，对称分布于指环的表面。在力敏感单元之间均匀分布过孔。所述力敏感单元分为三层，包括固定层1、基层3和隔水层7。固定层1用于与机械手手指固定，为弹性钢结构。固定层1通过柔性连接装置2与基层3连接，基层3上表面是力敏感元件4，力敏感元件4通过硅胶垫5与隔水层7连接。固定层1与基层3之间留有空隙，固定层1上均匀分布有若干孔，工作时水自由进入固定层1与隔水层7之间形成相对压差。隔水层7上有一个向外的凸起6，并且凸起面上有褶皱。固定层1、基层3和隔水层7通过固定连接9固定。指环式组合阵列变送器包括组合阵列传感器网络、信号调理电路、数据采集电路、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路。所述组合阵列传感器网络由39个力敏感单元构成，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件。每一个力敏感单元的力敏感元件配接一个惠斯登电桥电路，实现力信号到电信号的线性转换。信号调理电路对温度信号及力信号放大以及滤波处理，数据采集电路将力信号与温度信号通过A/D转换实现数字量采集。微控制器将力信号与温度信号的BP网络数据融合，通过第一信号输出电路与第二信号输出电路实现真实力信号输出。

所述骨架和方形平板的材质为柔性钢结构。

还包括温度敏感元件8，温度敏感元件8位于力敏感元件4旁边。

一种采用上述指环式组合阵列变送器测量水下机械手触觉力的方法，其特点是包括以下步骤：

机械手手指抓取物体时，指环式组合阵列变送器的力敏感单元上向外凸起与物体接触引起指环形变，力敏感单元中的力敏感元件发生形变引起其自身阻值变化，经过惠斯登电桥输出电压值发生变化，通过测量输出电压获取触觉力信号。为了消除温度对触觉力的影响测量工作环境的温度信号。通过信号放大与滤波完成信号调理实现微控制器对信号的采集，微控制器经过BP网络数据融合实现真实触觉力信号的输出。

力敏感元件的阻值的变化与自身形变的变化关系如公式(1)所示，其中R表示力敏感单元的阻值，dR表示阻值变化，K为近似常数，ε为相对的接触力引起形变的形变量。阻值变化与形变量存在近似线性关系。

力敏感元件测量形变力受到温度影响造成测量漂移，会形成交叉灵敏度的问题。为了消除温度影响提高力测量的精度，在力敏感元件测量周围环境加入温度敏感元件测量周围环境温度。温度敏感元件根据热电偶效应实现温度测量。

触觉力信号经过力敏感元件转化为可变的电阻信号，经过惠斯登电桥输出可变的毫伏级电压信号，温度信号输出也为毫伏级电压信号。

所述的组合阵列传感器网络由指环骨架上分布的39个力敏感单元组成的，其输出为39路表示触觉力信号与温度信号的毫伏级电压信号。

所述的信号调理电路主要实现信号的放大与滤波。39个力敏感单元分别与惠斯登电桥构成的电桥电路输出的力信号分别做相应的信号调理处理，完成信号的50倍放大以及RC滤波处理，然后通过多路复用加片选方式实现单片机对力信号的数据采集。对应的温度敏感元件将周围温度采集，分别做相应的信号调理，完成20倍的放大以及滤波处理。对力信号和温度信号的放大采用集成运放放大芯片INA121。将力信号测量的电压以差分形式输入INA121放大输入端，放大倍数根据外接电阻调节实现比例放大，经放大器输出端得到输出信号。然后将放大后的信号经过RC滤波电路实现低通滤波，实现高频纹波的滤除。

所述的数据采集电路通过多路复用加片选方式实现微控制器对触觉力信号和温度信号的数字量采集。通过多路复用方法采集78组模拟量。通过I/O作为地址线实现对某一行信号的选定，通过轮番扫描依次实现该行模拟量信号的A/D转换实现数据采集。然后选择下一行，再依次实现扫描式采集。通过选定一行，扫描一行的方式，周期性实现数字量采集。

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，MSP430F5438上带有16路12位的A/D转换，通过片选加多路复用方式实现39路力测量信号和39路温度敏感元件信号的A/D数据采集。另外MSP430F5438电源电压采用1.8～3.6V的宽电压范围供电，待机电流小于1μA，具有超低功耗的功能。MSP430单片机是16位的单片机。

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，将经过放大滤波后的力信号与温度信号采集后，分别经过BP网络融合算法实现真实触觉力值的计算。BP网络融合算法其基本原理是通过训练样本实现BP网络的正向传播与误差的反向传播，在线修正自身的权值与阈值，达到训练样本的输入到输出的一种数据拟合。基本公式为：u_f＝f(u_t,u_p)，u_t、u_p分别为前端温度、触觉力的测量电压值，u_f为计算后真实触觉力值，其中f(u_t,u_p)中的权值与阈值由训练样本训练获得。

微控制器将经过数据融合获取的真实触觉力信号通过第一信号输出电路实现数据的输出，其中第一信号输出电路实现了RS485输出串口输出。MAX485为单电源5V供电，半双工通讯方式。利用微控制器的USART串口模块与MAX485芯片连接实现TTL电平与485信号的转换。

第二信号输出电路实现模拟量电压输出，是通过TLV5636实现。TLV5636为内置基准源的串行12位电压输出型DA转换器，支持SPI通讯协议，这里用微控制器的普通I/O口来模拟SPI协议，通过四个I/O口实现串行数据的输入，串行时钟的输入帧起始输入端以及片选接口。

本发明的有益效果是：本发明指环式组合阵列变送器为环形结构，其表面分布有39个力敏感单元，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件，用于测量触觉力与温度。采用该变送器测量水下机械手触觉力的方法，将指环阵列变送器测量的触觉力信号与工作环境温度信号的信号调理、数据融合以及真实触觉力输出。其中信号调理电路实现力信号与温度信号的信号放大与RC滤波；数据采集电路通过分时与片选方式实现微控制器对所测量的触觉力信号与温度信号的数字量采集；微控制器完成力信号与温度信号的BP网络数据融合，实现真实触觉力输出。第一信号输出电路与第二信号输出电路实现不同形式的触觉力信号输出，完成水下机械手触觉力的测量，实用性强。

以下结合附图和实施例详细说明本发明。

附图说明

图1是本发明指环式组合阵列变送器的结构示意图。

图2是图1的展开平面图。

图3是图2中测量单元的结构示意图。

图4是本发明指环式组合阵列变送器的电路组成框图。

图中，1-固定层，2-柔性连接装置，3-基层，4-力敏感元件，5-硅胶垫，6-凸起，7-隔水层，8-温度敏感元件，9-固定连接。

具体实施方式

以下实施例参照图1-4。

本发明的目的是设计了一种用于水下机械手触觉力测量的指环式组合阵列变送器。为了在不同水深下工作，防止水静态压力对力敏感元件造成测量误差，并且实现机械手手指多方位上的触觉力测量，提出了一种指环式差压阵列变送器。通过将力测量部分设计成指环式，实现了机械手手指270°方向上的触觉力测量。指环式结构表面其表面分布有39个力敏感单元，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件，并且力敏感元件上方与下方均可以与外部水相接触，实现了力敏感元件上下层之间水的静态压力相等；通过机械方式消除水的压力直接作用于力敏感元件造成超量程的问题，保证了测量的准确性；在微控制中通过BP网络数据融合实现了高精度的真实触觉力输出。

参照图1所示，为组合阵列变送器基本骨架主视图。基本骨架为圆环式结构，在指环传感器下端有30°的空隙用来实现在手指上的固定，在空隙处有两个方形平板相连，在每个平板上有两个圆形的通孔，实现固定指环传感器的作用。基本骨架与方形平板的材质为柔性钢结构，具有很好的伸缩性与延展性且不易折断。基本骨架上涂有防护膜以防止长时间在水下应用而腐蚀，具有绝缘的作用。在组合阵列变送器基本骨架外侧分布有39个力敏感单元，当佩戴该阵列变送器的机械手手指抓取物体时，会产生阵列变送器的形变，引起了39个力敏感单元的不同方向上的形变，将受力面点阵化、单元化，引入了方向感。

参照图2所示，为组合阵列变送器展开平面俯视图，也即为指环式传感器骨架展开外侧视图。在传感器表面分布有39个力敏感单元，并且为对称形式分布于指环的表面。在力敏感单元之间均匀的分布着过孔，过孔的均匀分布以实现指环式传感器的固定层受力形变均匀。为了能够调节佩戴指环式传感器的直径大小，指环式传感器下端留有一个缺口，并用螺栓与螺母固定。力敏感单元的固定层涂有隔离硬面胶实现机械手手指与传感器之间有隔离作用。当机械手指抓取物体时，物体与指环接触使指环发生形变，相应力敏感单元发生形变，从而实现力敏感单元中的力敏感元件的阻值发生变化，通过测量由于阻值变化因为的电压变化来测量反应触觉力的值。

参照图3所示，为组合阵列传感器中力敏感单元示意图，为分布在指环外侧表面39个力敏感单元中的一个。该力敏感单元保证实现触觉力信号测量以及周围环境温度测量。力敏感单元分为三层，由固定层1，基层3和隔水层7共三层组成。固定层1安装在机械手手指上，为弹性钢结构。固定层1上由柔性连接装置2连接基层3上，基层表面装力敏感元件4，力敏感元件4上由硅胶垫5与隔水层7连接。为了消除水下力测量的静态压差，在固定层1与基层3之间留有一定空间的空隙，并且固定层上均匀分布有孔，在工作环境的水自由进入固定层与隔水层之间形成相对压差。为实现不同水深温度对测量压力的影响，在力敏感元件旁边装有温度敏感元件8以实现测量力敏感元件的工作温度。为了实现接触物体与弹性敏感元件有很好的接触，隔水层有一个向外的凸起6，并且凸起面上有褶皱，保证一定的粗糙度以防止抓取物体时的目标滑落。为了解决静压力对指环式传感器的环面造成压力作用，在每对敏感元件之间有孔，在水中造成环的基层中水的对流，形成了基层与隔水层之间的压差，在物理结构上消除水的压强。为了实现固定层，基层与隔水层之间的固定连接，三层之间加上固定连接9。

力敏感单元中的力敏感元件是测量触觉力的核心，由于外部的形变造成其输出阻值变化，通过惠斯登电桥实现电阻阻值与电压信号的线性转换，通过测量电压信号来获取触觉力信号。力敏感元件的工作原理是基于半导体材料的压阻效应实现的，压阻效应是指当半导体材料某一轴向受外力作用时，其电阻率发生变化的现象。力敏感元件的敏感栅用于测量应变效应，将其牢固地粘贴在底板上，由于测量点发生应变，敏感栅也随之变形而使其电阻发生变化，实现力信号的获取。

参照图4所示，为指环式组合阵列变送器的电路组成框图。该变送器主要包括以下几个部分：组合阵列传感器网络、信号调理电路、数据采集电路、微控制器、第一信号输出电路、第二信号输出电路。组合阵列传感器网络为指环式传感器的探测部分，是由39个力敏感单元均匀分布在环式结构的基底上，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件测量触觉力与工作环境的温度。每一个力敏感单元的力敏感元件配接一个惠斯登电桥电路，实现力信号到电信号的线性转换。信号调理电路实现了温度信号与力信号的放大以及滤波处理，数据采集电路实现了将力信号与温度信号通过A/D转换实现数字量采集。微控制器实现力信号与温度信号的BP网络数据融合，通过第一信号输出电路与第二信号输出电路实现真实力信号输出。

本发明在于阐述用该指环式阵列传感器测量水下机械手触觉力的实现方法。机械手手指安装该指环式变送器抓取物体时，指环式传感器的力敏感单元上向外凸起与物体接触引起指环形变，力敏感单元中的力敏感元件发生形变引起其自身阻值变化，经过惠斯登电桥输出电压值发生变化，通过测量输出电压获取触觉力信号。为了消除温度对触觉力的影响测量工作环境的温度信号。通过信号放大与滤波完成信号调理实现微控制器对信号的采集，微控制器经过BP网络数据融合实现真实触觉力信号的输出。

参照图1所示，为组合阵列变送器基本骨架主视图，其为指环式变送器的基本构件。骨架的柔性结构以及延展性特性，为力敏感单元的形变提供支持。机械手手指着力点不同，施加力的方向不同，引起指环式传感器的形变方向及形变大小不同。当机械手指抓取物体时，物体与指环接触使指环发生形变，相应力敏感单元发生形变，从而实现力敏感单元中的力敏感元件的阻值发生变化，通过测量力敏感元件的阻值获取触觉里信息。

参照图2所示，为组合阵列变送器骨架展开外侧视图。39个力敏感单元与过孔对称均匀分布阵列传感器骨架的外表面，保证了受力时形变的均匀性。由于机械手施加在指环上的力是呈现平面式输出，通过39个力敏感单元实现力测量的单元化、点阵化，使触觉力更加的精细与密集感，提高了力测量的精准度。

参照图3所示，为组合阵列传感器中力敏感单元示意图。力敏感单元保证了力敏感元件的内侧与外侧水的静态压力值相抵，避免了直接作用于力敏感元件上。将力测量单元分布在指环上，指环的形变引起力敏感单元中的力敏感元件的形变，产生阻值变化，将阻值变化用惠斯登电桥测量，得到测量信号。力敏感元件的阻值的变化与自身形变的变化关系如公式(1)所示，其中R表示力敏感单元的阻值，dR表示阻值变化，K为近似常数，ε为相对的接触力引起形变的形变量，所以阻值变化与形变量存在近似线性关系。

力敏感元件测量形变力受到温度影响造成测量漂移，会形成交叉灵敏度的问题。为了消除温度影响提高力测量的精度，故在力敏感元件测量周围环境加入温度敏感元件测量周围环境温度。温度敏感元件根据热电偶效应实现温度测量。

触觉力信号经过力敏感元件转化为可变的电阻信号，经过惠斯登电桥输出可变的毫伏级电压信号，温度信号输出也为毫伏级电压信号。

参照图4所示，为指环式组合阵列变送器的电路组成框图。该变送器主要包括以下几个部分：组合阵列传感器网络、信号调理电路、数据采集电路、微控制器、第一信号输出电路、第二信号输出电路。

所述的组合阵列传感器网络由指环骨架上分布的39个力敏感单元组成的，其输出为39路表示触觉力信号与温度信号的毫伏级电压信号。

所述的信号调理电路主要实现信号的放大与滤波。39个力敏感元件分别与惠斯登电桥构成的电桥电路输出的力信号分别做相应的信号调理处理，主要完成信号的50倍放大以及RC滤波处理，然后通过多路复用加片选方式实现单片机对力信号的数据采集。对应的温度敏感元件将周围温度采集，分别做相应的信号调理，主要完成20倍的放大以及滤波处理。对力信号和温度信号的放大采用集成运放放大芯片INA121。INA121是一种低功耗，高精度的差压放大器，具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输出阻抗的特点。将力信号测量的电压以差分形式输入INA121放大输入端，放大倍数根据外接电阻调节实现比例放大，经放大器输出端得到输出信号。然后将放大后的信号经过RC滤波电路实现低通滤波，实现高频纹波的滤除。

所述的数据采集电路是通过多路复用加片选方式实现微控制器对触觉力信号和温度信号的数字量采集。由于需要采集78组模拟量，直接输入到微控制器的A/D转换通道无法实现直接采集，这里通过多路复用技术完成。通过I/O作为地址线实现对某一行信号的选定，通过轮番扫描依次实现该行模拟量信号的A/D转换实现数据采集。然后选择下一行，再依次实现扫描式采集。通过选定一行，扫描一行的方式，周期性实现数字量采集。

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，MSP430F5438上带有16路12位的A/D转换，可以通过片选加多路复用方式实现39路力测量信号和39路温度敏感元件信号的A/D数据采集。另外MSP430F5438电源电压采用1.8～3.6V的宽电压范围供电，待机电流小于1μA，具有超低功耗的功能。MSP430单片机是16位的单片机，具有强大的数据处理能力，并具有高性能模拟技术及丰富的片上外围模块，满足程序设计的要求。

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，将经过放大滤波后的力信号与温度信号采集后，分别经过BP网络融合算法实现真实触觉力值的计算。BP网络融合算法其基本原理是通过训练样本实现BP网络的正向传播与误差的反向传播，在线修正自身的权值与阈值，达到训练样本的输入到输出的一种数据拟合。基本公式为：u_f＝f(u_t,u_p)，u_t、u_p分别为前端温度、触觉力的测量电压值，u_f为计算后真实触觉力值，其中f(u_t,u_p)中的权值与阈值由训练样本训练获得。

微控制器将经过数据融合获取的真实触觉力信号通过第一信号输出电路实现数据的输出，其中第一信号输出电路实现了RS485输出串口输出。MAX485为单电源5V供电，半双工通讯方式。利用微控制器的USART串口模块与MAX485芯片连接实现TTL电平与485信号的转换。

第二信号输出电路实现模拟量电压输出，主要是通过TLV5636实现。TLV5636为内置基准源的串行12位电压输出型DA转换器，支持SPI通讯协议，这里用微控制器的普通I/O口来模拟SPI协议，主要是通过四个I/O口实现串行数据的输入，串行时钟的输入帧起始输入端以及片选接口。

Claims (3)

1.一种指环式组合阵列变送器，其特征在于：骨架为圆环式结构，在变送器的下端有30°的空隙用来实现机械手手指的固定，在空隙处有两个方形平板相连，在每个平板上有两个圆形的通孔，用于固定变送器；骨架外侧分布有39个力敏感单元，对称分布于指环的表面；在力敏感单元之间均匀分布过孔；所述力敏感单元分为三层，包括固定层(1)、基层(3)和隔水层(7)；固定层(1)用于与机械手手指固定，为弹性钢结构；固定层(1)通过柔性连接装置(2)与基层(3)连接，基层(3)上表面是力敏感元件(4)，力敏感元件(4)通过硅胶垫(5)与隔水层(7)连接；固定层(1)与基层(3)之间留有空隙，固定层(1)上均匀分布有若干孔，工作时水自由进入固定层(1)与隔水层(7)之间形成相对压差；隔水层(7)上有一个向外的凸起(6)，并且凸起面上有褶皱；固定层(1)、基层(3)和隔水层(7)通过固定连接(9)固定；指环式组合阵列变送器包括组合阵列传感器网络、信号调理电路、数据采集电路、微控制器、第一信号输出电路和第二信号输出电路；所述组合阵列传感器网络由39个力敏感单元构成，每一个力敏感单元包括力敏感元件与温度敏感元件；每一个力敏感单元的力敏感元件配接一个惠斯登电桥电路，实现力信号到电信号的线性转换；信号调理电路对温度信号及力信号放大以及滤波处理，数据采集电路将力信号与温度信号通过A/D转换实现数字量采集；微控制器将力信号与温度信号的BP网络数据融合，通过第一信号输出电路与第二信号输出电路实现真实力信号输出。

2.根据权利要求1所述的指环式组合阵列变送器，其特征在于：所述骨架和方形平板的材质为柔性钢结构。

3.一种采用权利要求1所述指环式组合阵列变送器测量水下机械手触觉力的方法，其特征在于包括以下步骤：

机械手手指抓取物体时，指环式组合阵列变送器的力敏感单元上向外凸起与物体接触引起指环形变，力敏感单元中的力敏感元件发生形变引起其自身阻值变化，经过惠斯登电桥输出电压值发生变化，通过测量输出电压获取触觉力信号；为了消除温度对触觉力的影响测量工作环境的温度信号；通过信号放大与滤波完成信号调理实现微控制器对信号的采集，微控制器经过BP网络数据融合实现真实触觉力信号的输出；

力敏感元件的阻值的变化与自身形变的变化关系如公式(1)所示，其中R表示力敏感单元的阻值，dR表示阻值变化，K为近似常数，ε为相对的接触力引起形变的形变量；阻值变化与形变量存在近似线性关系；

力敏感元件测量形变力受到温度影响造成测量漂移，会形成交叉灵敏度的问题；为了消除温度影响提高力测量的精度，在力敏感元件测量周围环境加入温度敏感元件测量周围环境温度；温度敏感元件根据热电偶效应实现温度测量；

触觉力信号经过力敏感元件转化为可变的电阻信号，经过惠斯登电桥输出可变的毫伏级电压信号，温度信号输出也为毫伏级电压信号；

所述的组合阵列传感器网络由指环骨架上分布的39个力敏感单元组成的，其输出为39路表示触觉力信号与温度信号的毫伏级电压信号；

所述的信号调理电路主要实现信号的放大与滤波；39个力敏感单元分别与惠斯登电桥构成的电桥电路输出的力信号分别做相应的信号调理处理，完成信号的50倍放大以及RC滤波处理，然后通过多路复用加片选方式实现单片机对力信号的数据采集；对应的温度敏感元件将周围温度采集，分别做相应的信号调理，完成20倍的放大以及滤波处理；对力信号和温度信号的放大采用集成运放放大芯片INA121；将力信号测量的电压以差分形式输入INA121放大输入端，放大倍数根据外接电阻调节实现比例放大，经放大器输出端得到输出信号；然后将放大后的信号经过RC滤波电路实现低通滤波，实现高频纹波的滤除；

所述的数据采集电路通过多路复用加片选方式实现微控制器对触觉力信号和温度信号的数字量采集；通过多路复用方法采集78组模拟量；通过I/O作为地址线实现对某一行信号的选定，通过轮番扫描依次实现该行模拟量信号的A/D转换实现数据采集；然后选择下一行，再依次实现扫描式采集；通过选定一行，扫描一行的方式，周期性实现数字量采集；

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，MSP430F5438上带有16路12位的A/D转换，通过片选加多路复用方式实现39路力测量信号和39路温度敏感元件信号的A/D数据采集；另外MSP430F5438电源电压采用1.8～3.6V的宽电压范围供电，待机电流小于1μA，具有超低功耗的功能；MSP430单片机是16位的单片机；

所述的微控制器采用MSP430F5438单片机，将经过放大滤波后的力信号与温度信号采集后，分别经过BP网络融合算法实现真实触觉力值的计算；BP网络融合算法其基本原理是通过训练样本实现BP网络的正向传播与误差的反向传播，在线修正自身的权值与阈值，达到训练样本的输入到输出的一种数据拟合；基本公式为：u_f＝f(u_t,u_p)，u_t、u_p分别为前端温度、触觉力的测量电压值，u_f为计算后真实触觉力值，其中f(u_t,u_p)中的权值与阈值由训练样本训练获得；

微控制器将经过数据融合获取的真实触觉力信号通过第一信号输出电路实现数据的输出，其中第一信号输出电路实现了RS485输出串口输出；MAX485为单电源5V供电，半双工通讯方式；利用微控制器的USART串口模块与MAX485芯片连接实现TTL电平与485信号的转换；

第二信号输出电路实现模拟量电压输出，是通过TLV5636实现；TLV5636为内置基准源的串行12位电压输出型DA转换器，支持SPI通讯协议，这里用微控制器的普通I/O口来模拟SPI协议，通过四个I/O口实现串行数据的输入，串行时钟的输入帧起始输入端以及片选接口。