CN112146701B - 一种触觉测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了触觉测量装置和方法，所述方法包括以下步骤：参数初始化设定；发送驱动信号，以控制两轴运动平台和施压模块的移动；获取触觉传感器的电信号；根据所述触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离；根据所述形貌距离和所述形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据。本发明通过控制两轴运动平台和施压模块的移动，获取触觉传感器的电信号，能够同时测量物体表面的形貌和物体的软硬度，提高测量效率；相对于光学测量，触觉传感器能够有效测量不同材质的待测物，而且减少外部环境对测量结果的影响，从而提高测量精确度；还能有效测量待测物表面的凹凸高度，能够高精确度的反映物体表面的形貌情况。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别涉及一种触觉测量装置及方法。
背景技术
随着科学技术的发展和工业技术发展的需求，对一种物质的各种性质的全面认知有利于产品的开发；在工业生产上对一种物质的各种性质的测量精度越来越高，物体的软硬度和形貌是重要的物理性质。
目前市场上，没有同时测量物体形貌和软硬度的装置，需要通过多个工序来获取物体形貌和软硬度，导致测量效率低。在现有技术中，通过光学测量的方法，得到物体形貌，但是，在测量吸光物体时，测量精确度低；通过人手触摸待测物的方法测量软硬度，但是，测量精确度低。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种触觉测量装置及方法，能够提高测量效率和测量精确度。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
第一方面，本发明提供了一种触觉测量装置，包括：两轴运动平台，用于放置待测物；施压模块，所述施压模块固定有触觉传感器，所述施压模块用于使所述触觉传感器以恒定速度朝所述待测物的方向移动；数据处理模块，所述两轴运动平台、所述施压模块和所述触觉传感器分别与所述数据处理模块电性连接，所述数据处理模块用于得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据。
进一步，所述数据处理模块包括参数设置单元，所述参数设置单元用于设定待测物的测量点、形变电阻阈值和触觉传感器移动时的速度值。
进一步，所述数据处理模块包括有驱动单元，所述驱动单元用于根据所述形变电阻阈值，控制所述施压模块的移动，使所述触觉传感器以所述触觉传感器移动时的速度值朝所述待测物的方向移动。
进一步，所述数据处理模块包括有图像处理单元，所述图像处理单元用于根据所述待测物表面的形貌数据，得到待测物的形貌高度图；所述图像处理单元用于根据所述待测物的软硬度数据，得到待测物的软硬度柱状图。
进一步，所述施压模块包括连接杆和Z轴驱动部，所述Z轴驱动部与所述连接杆连接，所述Z轴驱动部用于驱动所述连接杆沿Z轴方向移动。
第二方面，本发明提供了一种触觉测量方法，应用如本发明第一方面所述的一种触觉测量装置，其特征在于，包括以下步骤：
参数初始化设定；
发送驱动信号，以控制两轴运动平台和施压模块的移动；
获取触觉传感器的电信号；
根据所述触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离；
根据所述形貌距离和所述形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据。
进一步，所述参数初始化设定，包括：
设定待测物的测量点；
设定形变电阻阈值；
设定触觉传感器移动时的速度值。
进一步，所述发送驱动信号，以控制两轴运动平台和施压模块的移动，包括：
根据所述待测物的测量点，得到第一驱动信号；
发送第一驱动信号，以控制两轴运动平台的移动，使所述待测物的测量点移动到施压模块的正下方；
获取两轴运动平台的反馈信号；
根据所述两轴运动平台的反馈信号，得到第二驱动信号；
发送第二驱动信号，以控制施压模块的移动，使所述触觉传感器以恒定速度朝所述待测物的方向移动。
进一步，所述根据所述触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离，包括：
根据所述触觉传感器的电信号，得到接触时间点；
根据所述接触时间点和所述触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形貌距离；
根据所述触觉传感器的电信号和所述形变电阻阈值，得到形变时间点；
根据所述接触时间点、所述形变时间点和所述触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形变距离。
进一步，所述根据所述形貌距离和所述形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据之后，包括：
根据所述待测物表面的形貌数据，得到待测物的形貌高度图；
根据所述待测物的软硬度数据，得到待测物的软硬度柱状图。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：本发明通过控制两轴运动平台和施压模块的移动，获取触觉传感器的电信号，从而分析得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据，能够同时测量物体表面的形貌和物体的软硬度，提高测量效率；相对于光学测量，触觉传感器能够有效测量不同材质的待测物，而且减少外部环境对测量结果的影响，从而提高测量精确度；还能有效测量待测物表面的凹凸高度，能够高精确度的反映物体表面的形貌情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对发明进一步地说明；
图1是本发明实施例提供的触觉测量装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的触觉测量装置的工作流程图；
图3是本发明实施例提供的触觉测量装置的系统框图；
图4是本发明实施例提供的触觉测量方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的触觉测量方法中步骤S100的具体方法流程图；
图6是本发明实施例提供的触觉测量方法中步骤S200的具体方法流程图；
图7是本发明实施例提供的触觉测量方法中步骤S400的具体方法流程图；
图8是本发明实施例提供的触觉测量方法中步骤S500之后的具体方法流程图；
图9是本发明实施例提供的触觉测量装置测量得到的形貌高度图示意图；
图10是本发明实施例提供的触觉测量装置的待测物的形貌模拟示意图；
图11是本发明实施例提供的触觉测量装置测量得到的软硬度柱状图示意图；
图中标号：
100-两轴运动平台、200-施压模块、210-连接杆、220-Z轴驱动部、300-数据处理模块、310-参数设置单元、320-驱动单元、330-图像处理单元、400-触觉传感器、500-待测物。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
在本发明的第一实施例中，如图1所示，一种触觉测量装置，包括：
两轴运动平台100，用于放置待测物500；
施压模块200，施压模块200固定有触觉传感器400，施压模块200用于使触觉传感器400以恒定速度朝待测物500的方向移动；
数据处理模块300，两轴运动平台100、施压模块200和触觉传感器400分别与数据处理模块300电性连接，数据处理模块300用于得到待测物500表面的形貌数据和待测物500的软硬度数据。
进一步，施压模块200包括连接杆210和Z轴驱动部220，Z轴驱动部220与连接杆210连接，Z轴驱动部220用于驱动连接杆210沿Z轴方向移动。
图2是本发明实施例提供的触觉测量装置的工作流程图，触觉测量装置根据工作流程完成测量工作；
进一步，图3是本发明实施例提供的触觉测量装置的数据处理模块300的结构示意图；
具体地，数据处理模块300包括参数设置单元310，参数设置单元310用于设定待测物500的测量点、形变电阻阈值和触觉传感器400移动时的速度值。
具体地，数据处理模块300包括有驱动单元320，驱动单元320用于根据形变电阻阈值，控制施压模块200的移动，使所述触觉传感器400以所述触觉传感器400移动时的速度值朝所述待测物500的方向移动。
具体地，数据处理模块300包括有图像处理单元330，图像处理单元330用于根据待测物500表面的形貌数据，得到待测物500的形貌高度图；图像处理单元330用于根据待测物500的软硬度数据，得到待测物500的软硬度柱状图。
在具体实践中，施压模块200通过步进电机驱动，步进电机能够精确的控制施压模块200的移动距离，能够保证触觉传感器400以恒定速度进行移动，施压模块200的最小移动步长小于1μm；首先，将待测物500放置在两轴运动平台100上；然后，在数据处理模块300中设定待测物500的测量点、形变电阻阈值和触觉传感器400移动时的速度值；然后，数据处理模块300发送驱动信号，使两轴运动平台100移动，直至待测物500的测量点位于施压模块200的正下方；然后，数据处理模块300再发送驱动信号，使施压模块200移动，以带动触觉传感器400以恒定速度朝待测物500的方向移动；然后，数据处理模块300获取触觉传感器400的电信号；当触觉传感器400的电信号产生变化时，记录该时间点为接触时间点，施压模块200保持移动；利用触觉传感器400的电信号，计算得到触觉传感器400的电阻值；当触觉传感器400的电阻值等于形变电阻阈值时，记录该时间点为形变时间点，施压模块200复位；利用接触时间点和触觉传感器400移动时的速度值，计算得出待测物500的当前测量点的形貌距离，设定施压模块200初始位置与两轴运动平台100的距离为h，施压模块200的位移距离为h1，待测物500的当前测量点的形貌距离为h-h1；当h-h1的值越小，代表待测物500的当前测量点越贴近两轴运动平台100；当h-h1的值越大，代表待测物500的当前测量点越远离两轴运动平台100；利用接触时间点、形变时间点和触觉传感器400移动时的速度值，计算得出待测物500的当前测量点的形变距离，既施压模块200接触待测物500后，直至到达形变电阻阈值时，施压模块200移动的距离；当形变距离越大，物体越软；当形变距离越小，物体越硬；对待测物500所有的测量点进行测量，从而得到待测物500表面的形貌数据和待测物500的软硬度数据。
可以理解的是，通过控制两轴运动平台100和施压模块200的移动，获取触觉传感器400的电信号，从而分析得到待测物500表面的形貌数据和待测物500的软硬度数据，能够同时测量物体表面的形貌和物体的软硬度，提高测量效率；相对于光学测量，触觉传感器400能够有效测量不同材质的待测物500，而且减少外部环境对测量结果的影响，从而提高测量精确度；还能有效测量待测物500表面的凹凸高度，能够高精确度的反映物体表面的形貌情况。
需要说明的是，在触觉传感器400挤压待测物500的过程中，触觉传感器400和待测物500均会产生形变，但待测物500的压缩形变量应远大于触觉传感器400的压缩形变量，以降低触觉传感器400的形变所带来的影响。
在本发明的第二实施例中，如图4所示，一种触觉测量方法，应用如上所述的一种触觉测量装置，包括以下步骤：
S100、参数初始化设定；
S200、发送驱动信号，以控制两轴运动平台和施压模块的移动；
S300、获取触觉传感器的电信号；
S400、根据触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离；
S500、根据形貌距离和形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据。
可以理解的是，由于本实施例中的一种触觉测量方法与上述的一种触觉测量装置基于相同的发明构思，因此，第一实施例中的相应内容同样适用于本实施例，此处不再详述。
如图5所示，步骤S100包括：
S110、设定待测物的测量点；
S120、设定形变电阻阈值；
S130、设定触觉传感器移动时的速度值。
可以理解的是，在参数初始化设定时，需要设定待测物的测量点、形变电阻阈值和触觉传感器移动时的速度值，有效的待测物的测量点能够保证测量的精确度，适当的形变电阻阈值能够有效的测量待测物的软硬度，适当的触觉传感器移动时的速度值能够保证测量的精确度。
如图6所示，步骤S200包括：
S210、根据待测物的测量点，得到第一驱动信号；
S220、发送第一驱动信号，以控制两轴运动平台的移动，使待测物的测量点移动到施压模块的正下方；
S230、获取两轴运动平台的反馈信号；
S240、根据两轴运动平台的反馈信号，得到第二驱动信号；
S250、发送第二驱动信号，以控制施压模块的移动，使触觉传感器以恒定速度朝待测物的方向移动。
可以理解的是，利用第一驱动信号控制两轴运动平台的运动，利用第二驱动信号驱动施压模块的运动，能够保证测量工作的有效运行。
如图7所示，步骤S400包括：
S410、根据触觉传感器的电信号，得到接触时间点；
S420、根据接触时间点和触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形貌距离；
S430、根据触觉传感器的电信号和形变电阻阈值，得到形变时间点；
S440、根据接触时间点、形变时间点和触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形变距离。
可以理解的是，记录接触时间点和形变时间点后，利用接触时间点和触觉传感器移动时的速度值，计算得出待测物的当前测量点的形貌距离，设定施压模块初始位置与两轴运动平台的距离为h，施压模块的位移距离为h1，待测物的当前测量点的形貌距离为h-h1；当h-h1的值越小，代表待测物的当前测量点越贴近两轴运动平台；当h-h1的值越大，代表待测物的当前测量点越远离两轴运动平台；利用接触时间点、形变时间点和触觉传感器移动时的速度值，计算得出待测物的当前测量点的形变距离，既施压模块接触待测物后，直至到达形变电阻阈值时，施压模块移动的距离；当形变距离越大，物体越软；当形变距离越小，物体越硬。
如图8所示，步骤S500之后，包括：
S610、根据待测物表面的形貌数据，得到待测物的形貌高度图；
S620、根据待测物的软硬度数据，得到待测物的软硬度柱状图。
在该实施例中，图9是本发明实施例提供的触觉测量装置测量得到的形貌高度图示意图；图10是本发明实施例提供的触觉测量装置的待测物的形貌模拟示意图；图11是本发明实施例提供的触觉测量装置测量得到的软硬度柱状图示意图。
可以理解的是，得到测量结果图像，能够真实还原物体表面中的形貌，展示物体的软硬度情况，由图9可以清晰看出，(1,1)、(1,2)、(1,3)、(1,4)、(2,1)、(2,2)、(2,3)和(2,4)的对应的值依次变大；当h-h1的值越小，代表待测物的当前测量点越贴近两轴运动平台；当h-h1的值越大，代表待测物的当前测量点越远离两轴运动平台；根据图9的测量结果和待测物的测量点的位置，从而得到图10的待测物的形貌模拟示意图，更加直观的展示待测物的形貌。由图11可以清晰直观得出五种待测物的软硬度，待测物由A型硅胶与B型硅胶混合组成，由于形变距离越大，物体越软，A型硅胶与B型硅胶配比为20:0.5、20:0.8、20:1、20:1.2和20:2的待测物的软度依次递减。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现。本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述方法的实施例的流程。其中，的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ReadOnlY MemorY,ROM)或随机存储记忆体(RandomAcceSS MemorY,RAM)等。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种触觉测量方法，应用于触觉测量装置，其特征在于，所述触觉测量装置包括两轴运动平台、施压模块和数据处理模块，所述施压模块固定有触觉传感器，所述两轴运动平台、所述施压模块和所述触觉传感器分别与所述数据处理模块电性连接，所述两轴运动平台用于放置待测物，所述施压模块用于使所述触觉传感器以恒定速度朝所述待测物的方向移动，所述方法包括以下步骤：
参数初始化设定；
发送驱动信号，以控制所述两轴运动平台和所述施压模块的移动；
获取所述触觉传感器的电信号；
根据所述触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离；
根据所述形貌距离和所述形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据；
其中，所述参数初始化设定，包括：
设定形变电阻阈值；
设定触觉传感器移动时的速度值；
其中，所述根据所述触觉传感器的电信号，得到形貌距离和形变距离，包括：
根据所述触觉传感器的电信号，得到接触时间点；
根据所述接触时间点和所述触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形貌距离；
根据所述触觉传感器的电信号和所述形变电阻阈值，得到形变时间点；
根据所述接触时间点、所述形变时间点和所述触觉传感器移动时的速度值，得到待测物的形变距离。
2.如权利要求1所述的一种触觉测量方法，其特征在于，所述参数初始化设定，还包括：
设定待测物的测量点。
3.如权利要求2所述的一种触觉测量方法，其特征在于，所述发送驱动信号，以控制两轴运动平台和施压模块的移动，包括：
根据所述待测物的测量点，得到第一驱动信号；
发送第一驱动信号，以控制两轴运动平台的移动，使所述待测物的测量点移动到施压模块的正下方；
获取两轴运动平台的反馈信号；
根据所述两轴运动平台的反馈信号，得到第二驱动信号；
发送第二驱动信号，以控制施压模块的移动，使所述触觉传感器以恒定速度朝所述待测物的方向移动。
4.如权利要求1所述的一种触觉测量方法，其特征在于，所述根据所述形貌距离和所述形变距离，得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据之后，包括：
根据所述待测物表面的形貌数据，得到待测物的形貌高度图；
根据所述待测物的软硬度数据，得到待测物的软硬度柱状图。
5.一种触觉测量装置，其特征在于，包括：
两轴运动平台，用于放置待测物；
施压模块，所述施压模块固定有触觉传感器，所述施压模块用于使所述触觉传感器以恒定速度朝所述待测物的方向移动；
数据处理模块，所述两轴运动平台、所述施压模块和所述触觉传感器分别与所述数据处理模块电性连接，所述数据处理模块用于得到待测物表面的形貌数据和待测物的软硬度数据；
其中，所述触觉测量装置用于执行如权利要求1至4中任一项所述的触觉测量方法的步骤。
6.如权利要求5所述的一种触觉测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括参数设置单元，所述参数设置单元用于设定待测物的测量点、形变电阻阈值和触觉传感器移动时的速度值。
7.如权利要求6所述的一种触觉测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括有驱动单元，所述驱动单元用于根据所述形变电阻阈值，控制所述施压模块的移动，使所述触觉传感器以所述触觉传感器移动时的速度值朝所述待测物的方向移动。
8.如权利要求5所述的一种触觉测量装置，其特征在于，所述数据处理模块包括有图像处理单元，所述图像处理单元用于根据所述待测物表面的形貌数据，得到待测物的形貌高度图；所述图像处理单元用于根据所述待测物的软硬度数据，得到待测物的软硬度柱状图。
9.如权利要求5所述的一种触觉测量装置，其特征在于，所述施压模块包括连接杆和Z轴驱动部，所述Z轴驱动部与所述连接杆连接，所述Z轴驱动部用于驱动所述连接杆沿Z轴方向移动。
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