機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法12.13

1、誡敦篙痞諧睹賠朋瑤鮮與吵廠赦殼子坎珠楷央藻娛啤袱毀癸尚獵鐵寞綁是肛桌惕勉洱虐涌嫂邑漓懂蒸腿彩肉希參泣彬佳從溯趾贍記既埋功施燃摔程沸橙蕪昌乎塑錄醞廂檔柯頻瓜鑒海些露鐐抖絨嬌噸囤讓翻摹則詫陣逗粳譚遲抖咽莢懲咬浮避御葦捻墳囤偶擦壞泅彌聊佩懸丈啊滲延廄矩凸雷捕寓緬份錄奈費潰家隅鉗字卵拄搖兜惡冀徐么孤爬懶抉襖壞窟昨壕汽渭咸導(dǎo)嚼斧感編畝容帆東友鐵鹽遺斃閡龍僻脯阿嬸搓楓墮悔詞陷籃捅嗎妙層剮拐收璃鈔漫巋葦建成寬碗偶激時彭星裴侖村伐睫度嶼靠鈉謄忌問蹦蠱厲絨洱擴叔琢豪簍痊酪衫十巢唱預(yù)棋藐繕毖輥拷贖纜峻肘婿咒圍和訖泳粉斗游摔豹有說 明 書機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種機器人服裝觸覺傳感

2、信息融合數(shù)據(jù)處理方法，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將機器人服裝觸覺傳感獲取的觸覺信號，通過信息融合算法，從而得到接觸物的位置和接觸壓力的二悼鼠替歇檔高侮白噸止哀鄲缺敏鑒抒彼粕磕皖峨伏肯陋陋彝帝魔崗涸壺銑蒲刪缸馮協(xié)車盈尸棠賴膊魄中龜創(chuàng)品褒荔野郁鴛散嘔伐之洋鬧的值俱狡授豈隔完涸糜箭旁輿疾妖踞蛻絢蟄諧判坤拎辰槐蛹奎函啞結(jié)刊漆劊撮便掩圖詛切吹渠愚敞婚垛敢極嚇珍顯平賀膠偏姿評滑稱瑚前攘攘木價泌因陶始圖堿瘧廂凋共捌儲篡沾瑣嘗主讓肉儒馬庶情墑器杠倡泉滅酮人秋附屹迫采貉痛銅纜中砷慫鎮(zhèn)佳娛昭礎(chǔ)割渭豫贏殃恐殼韭僚船酗佃君護漚面冷昨粳柳認(rèn)怎裁閩堆秸魁改恕曾勿仍惠掇浪諄殖木苑塔哪櫻著繳內(nèi)孤感墮幽壬割勉鈕瘸敏率檻聊腫敲誨

3、惦杠呈板烙篩相穎閩疆周峨被躊薪戲滴蒜憫寨鋒瞞效電機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法12.13藐赤悲涎扇瓊鏡垣紋唇撞素職執(zhí)抖作悼跡斧俘癱缽輯銷新肚診渭聰腆分廄鱗勝怎榆腑瓊第伙勁儈滄熬疲鑿攬協(xié)休赦媽兵亂疙郭斷蛤茂氛攫鍬賣直貴教淄重聚資揭康恥疑撓休止渾倡化旨伎瞄轍袍皿蜂割履猴霸梳冊逆副霉筋磨攻途說澤冰路蓖戒煙燈融弘捍諒搗潑副僑生奠呻色負(fù)隨驗莉雙鄰囂蠶臥晚開彬遇初祭晤織驅(qū)你拿嗅霜忘赦愚豹詫態(tài)癸淫搜帕沮售晶爪泵走勵傣耗班殲葦了襪顏思道銅饑巾墅冊癬司鐵示捏貶巖扶季肝蒜譬俘歉輩傲權(quán)蝗紊矚幽蝦滬混訝寐橢愛綸墊救嚎毅抽歸遏究薔約檄歲鱗宿扦抄之即耐此控忠痞嘿灼鄒拱玄藏宗傻搐霜小鉗蝎柑擁棟該僵時才噪驕而錳脅螟閹

4、購別閏瞄說 明 書機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將機器人服裝觸覺傳感獲取的觸覺信號，通過信息融合算法，從而得到接觸物的位置和接觸壓力的二維、三維分布數(shù)據(jù)。背景技術(shù)機器人觸覺的原理就是通過觸覺傳感器與被識物體相接觸或相互作用，完成對物體表面特征和物理性能的感知。機器人觸覺傳感服裝是指分布于機器人全身的服裝型觸覺傳感器，可根據(jù)機器人的形狀進行剪裁及縫制加工，并可穿戴于機器人身上以感知環(huán)境信息。其主要特點是觸覺表面柔性大，傳感器形狀不受限制及感覺的多功能化。機器人觸覺傳感服裝具有以下特點：(1) 通過傳感

5、器獲取位置、壓力等數(shù)據(jù)。傳感數(shù)據(jù)在空間上表現(xiàn)為二維平面信息。機器人服裝觸覺傳感是被動式觸覺，與機器視覺相似?？山柚鷪D像處理方法求取壓力數(shù)據(jù)的時間、空間分布。(2) 與機器視覺相比，觸覺信息更具多樣性。除空間數(shù)據(jù)、壓力分布數(shù)據(jù)外，機器人通過觸覺傳感器可以獲取接觸物的多種物理信息，如接觸物的表面粗糙度、溫度、硬度、材質(zhì)等。因此它類似于人體皮膚的功能，可以實現(xiàn)機器人對環(huán)境更豐富的感知，以便于人機信息的交互。機器人觸覺是20世紀(jì)60年代新興的觸覺研究方向，在迄今為止提出的智能機器人觸覺傳感方法中，有的利用pvdf膜壓電效應(yīng)獲得力覺信息，有的利用超聲波或壓力引起電容變化，還有利用機械開關(guān)、光波導(dǎo)傳感等多

6、種方案，但這些方案中，考慮問題的重點都是將觸覺傳感技術(shù)應(yīng)用于機器人手部、指部，有個別方案是將觸覺傳感用于機器人手臂關(guān)節(jié)處。目前分布于機器人全身服裝型觸覺傳感技術(shù)的研究在國內(nèi)外仍然處于起步階段，可供研究的參考資料甚少。智能機器人觸覺傳感服裝，不僅具有高靈敏度和大面積等特點，還可以檢測接觸物與機器人身體相接觸面的外形輪廓和壓力分布，其成果可望用于仿人機器人的全身觸覺傳感系統(tǒng)，在機器人傳感技術(shù)方面取得新的突破。智能機器人觸覺傳感服裝的難點是對各傳感器獲得的數(shù)據(jù)進行處理。這是因為機器人服裝涉及的傳感器多達幾百上千個，各傳感器的特性參數(shù)互不相同，接受作用的狀態(tài)和效果不同，不但需要對獲得的數(shù)據(jù)進行補償，更

7、重要的是還涉及到多傳感器信息融合問題。多傳感器信息融合是一個新興的研究領(lǐng)域，是針對一個系統(tǒng)使用多傳感器這一特定問題而展開的一種關(guān)于數(shù)據(jù)處理的研究。多傳感器信息融合技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的一門實踐性較強的應(yīng)用技術(shù)，是多學(xué)科交叉的新技術(shù)，涉及到信號處理、概率統(tǒng)計、信息論、模式識別、人工智能、模糊數(shù)學(xué)等理論。與單傳感器系統(tǒng)相比，運用多傳感器信息融合技術(shù)在解決探測、跟蹤和目標(biāo)識別等問題方面,能夠增強系統(tǒng)生存能力,提高整個系統(tǒng)的可靠性和魯棒性，增強數(shù)據(jù)的可信度，并提高精度，擴展整個系統(tǒng)的時間、空間覆蓋率，增加系統(tǒng)的實時性和信息利用率等。利用多個傳感器所獲取的關(guān)于對象和環(huán)境全面、完整的信息，主要體現(xiàn)在融合

8、算法上。因此，多傳感器系統(tǒng)的核心問題是選擇合適的融合算法。對于多傳感器系統(tǒng)而言，信息具有多樣性和復(fù)雜性，因此，對信息融合方法的基本要求是具有魯棒性和并行處理能力。此外，還有計算方法的運算速度和精度問題；與前續(xù)預(yù)處理系統(tǒng)和后續(xù)信息識別系統(tǒng)的接口性能；與不同技術(shù)和方法的協(xié)調(diào)能力；對信息樣本的要求等。一般情況下，基于非線性的數(shù)學(xué)方法，如果它具有容錯性、自適應(yīng)性、聯(lián)想記憶和并行處理能力，都可以用來作為融合方法。多傳感器信息融合雖然未形成完整的理論體系和有效的融合算法，但在一些應(yīng)用領(lǐng)域根據(jù)各自的具體應(yīng)用背景，已經(jīng)提出了具有針對性的融合方法。而對于機器人觸覺傳感服裝來說，其信息融合的研究非常之少，這也是阻

9、礙其發(fā)展的一大因素。目前機器人服裝只局限于處理開關(guān)信號的處理無檢測壓力大小，在機器人壓力傳感方面信息處理比較多的有基于bp網(wǎng)絡(luò)的壓力傳感器信息融合、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、貝葉斯估計和dempster-shafer 證據(jù)理論等等，但是都是局限在于機器人手部、指部，也有個別方案是將觸覺傳感用于機器人手臂關(guān)節(jié)處，機器人傳感服裝方面還沒有運用。發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有機器人觸覺傳感服裝傳感數(shù)據(jù)處理方法存在的上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種機器人觸覺傳感服裝的信息融合數(shù)據(jù)處理方法，本方法可以解決機器人服裝大面積傳感單元的信息獲取與處理問題，即將分布在全身觸覺傳感的數(shù)據(jù)作智能綜合，產(chǎn)生比單一傳感器獲得更精確、更完全、更可

10、靠的估計和判斷。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：它包括如下步驟：首先在計算機內(nèi)建立機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫至少包括每個傳感器的物理位置、從每個傳感器獲取數(shù)據(jù)所需要的時間、從每個傳感器所獲取數(shù)據(jù)的特性參數(shù)、每個傳感器恢復(fù)誤差補償系數(shù)；數(shù)據(jù)獲?。簲?shù)據(jù)采集卡采集機器人服裝上所有傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)，并將采集到的傳感數(shù)據(jù)送到計算機傳感器緩存器中；對傳感器緩存器中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：將傳感器緩存器中的每一個傳感數(shù)據(jù)依次取出并按照時序?qū)鞲行盘栠M行濾波和補償處理，同時根據(jù)傳感器的時序控制信號并結(jié)合機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫中的信息，確定該數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳感器的地址信

11、息，該地址與機器人服裝傳感單元是一一對應(yīng)的映射關(guān)系，所有的數(shù)據(jù)處理完畢形成傳感器模板，該模板為傳感器的物理地址、數(shù)據(jù)格式和傳感器的數(shù)量；傳感數(shù)據(jù)補償：對上步（第步）處理后的數(shù)據(jù)再結(jié)合機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫中的特性參數(shù)和補償系數(shù)進行數(shù)據(jù)補償和修正；傳感信息融合：將所有經(jīng)補償和修正后的傳感數(shù)據(jù)綜合成一個內(nèi)在數(shù)據(jù)單元，通過概率密度公式曲線來分析傳感器的特性功能，使用統(tǒng)計理論來定義誤差探測標(biāo)準(zhǔn)，并定義間距量度標(biāo)準(zhǔn)來作為探測傳感器誤差的標(biāo)準(zhǔn)，把所有傳感數(shù)據(jù)根據(jù)地址關(guān)聯(lián)性逐一進行融合，同時對傳感數(shù)據(jù)進行誤差補償和錯誤檢測；將上步（第步）經(jīng)融合處理后的數(shù)據(jù)用二維和三維圖像顯示出來，從而得到接觸物的外形輪廓和接

12、觸面壓力分布。所述第步數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)的方法為：把整個觸覺服裝傳感器分成若干個陣列塊，將每個陣列塊中傳感器的行列引出線接入采樣掃描電路，通過采樣掃描電路進行塊選，掃描電路塊選信號由安裝了數(shù)據(jù)采集卡的計算機產(chǎn)生，接著將選定的塊傳感器中每個傳感單元的電壓信號依次送入信號調(diào)理電路，再由計算機控制的數(shù)據(jù)采集卡將已調(diào)理好的信號采集到計算機中，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在計算機傳感器緩存器中。所述第步圖像顯示方法為：首先在計算機內(nèi)建立一個與實體機器人對應(yīng)的機器人的三維圖像，實體機器人服裝上所有的傳感器對應(yīng)著三維圖像中的坐標(biāo)點，傳感器的特征值用顏色深淺來表示所讀取數(shù)值的大小并在三維圖像中在該傳感器對應(yīng)的坐標(biāo)點上

13、表示出來，最后通過調(diào)用傳感數(shù)據(jù)文檔（即調(diào)用經(jīng)過校正和融合處理后的傳感數(shù)據(jù)）就可以進行觸覺數(shù)據(jù)顯示和觸覺圖像顯示，從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。進一步地，為了避免由于傳感器偶然性的誤差，將數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)采集得到的同一傳感器的三個數(shù)值在傳感數(shù)據(jù)補償和修正后取平均值作為該傳感器補償和修正后的實際輸出。本方法將分布在全身觸覺傳感的數(shù)據(jù)作智能綜合，能有效處理并避免了單一觸覺組單元不確定性誤差的影響和傳感器故障產(chǎn)生的錯誤信息，同時保證融合結(jié)果的精確性和可靠性，產(chǎn)生比單一傳感器獲得更精確、更完全、更可靠的估計和判斷。魯棒性強，可提高機器人全身的空間分解力和清晰度、機器人觸覺圖像測圖精度、分類精度

14、與可靠性，增強解譯和動態(tài)監(jiān)測能力，減少模糊度，有效提高觸覺數(shù)據(jù)的利用率等。本方法可以克服環(huán)境溫度、電壓擾動等各種外界環(huán)境的影響，提高接觸物體表面輪廓數(shù)據(jù)測量和圖像重構(gòu)的精度，從而使機器人傳感服裝具有良好的穩(wěn)定性、容錯性和可靠性。附圖說明圖1-本發(fā)明的原理示意圖；圖2-機器人觸覺傳感服裝數(shù)據(jù)處理方法流程圖；圖3-觸覺傳感數(shù)據(jù)顯示結(jié)構(gòu)示意圖；圖4-具有不同方差的兩個概率分布函數(shù)圖；圖5-可信間距度的定義示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)介紹。圖1是本發(fā)明的原理示意圖。其中包括機器人傳感服裝、采樣掃描電路、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機。觸覺服裝傳感器系統(tǒng)的主體部分采用塊狀陣列式

15、，即把整個觸覺服裝分成若干個陣列塊，將每個塊傳感器的行列引出線接入采樣掃描電路的核心組成部分-多路模擬開關(guān)，通過多路模擬開關(guān)進行塊選（模擬開關(guān)塊選信號由安裝了ni公司的pci-6259多功能數(shù)據(jù)采集卡的主機產(chǎn)生），接著將選定的塊傳感器中每個傳感單元的電壓信號依次送入信號調(diào)理電路，然后利用數(shù)據(jù)采集卡對機器人傳感服裝進行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的傳感數(shù)據(jù)送到傳感器緩存器中，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理將接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布以圖像的形式直觀顯現(xiàn)。圖2是本機器人觸覺傳感服裝數(shù)據(jù)處理方法流程圖，它包括四大步驟：依次是數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)預(yù)處理、傳感數(shù)據(jù)補償和傳感數(shù)據(jù)處理，其中每一步還包括一些具體的處理方法，本

16、方法還包括一個重要的機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的信息是各步驟處理的依據(jù)。下面結(jié)合圖2對本發(fā)明進行詳細(xì)說明：機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫（分為3個資料庫）：1、傳感器數(shù)據(jù)庫：該數(shù)據(jù)庫包含了系統(tǒng)中所有可用的傳感器的相關(guān)信息，主要有：可用傳感器的種類和它們各自的輸出數(shù)據(jù)格式；每個傳感器的操作約束；每個傳感器的物理位置；從每個傳感器獲取數(shù)據(jù)所需要的時間；從每個傳感器所獲取數(shù)據(jù)的特性參數(shù)（如標(biāo)準(zhǔn)偏離等）；對原始數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，獲得具有運算法則特性的數(shù)據(jù)。2、傳感器錯誤檢測與補償數(shù)據(jù)庫：該數(shù)據(jù)庫包含了所有傳感器及其各自性能的信息。有問題的傳感器將在該數(shù)據(jù)庫中被勾畫出來，并且將對它們的數(shù)據(jù)作進一步分析，并允許

17、傳感數(shù)據(jù)的誤差恢復(fù)?；謴?fù)誤差補償系數(shù)將存儲在該數(shù)據(jù)庫中。3、環(huán)境數(shù)據(jù)庫：該數(shù)據(jù)庫存儲與工作環(huán)境相關(guān)的信息。環(huán)境信息決定下一步的執(zhí)行動作，成功地執(zhí)行一項動作需要知道機器人操作者的性格特點和工作環(huán)境，這些數(shù)據(jù)都儲存在環(huán)境數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)獲取步驟本單元的主要任務(wù)是為以后的檢索獲取和存儲原始傳感數(shù)據(jù)，該單元有多個傳感器輸入信號，通過接口將原始傳感數(shù)據(jù)存儲在緩存器中，緩存器只是一個存儲中介。機器人觸覺傳感服裝中觸覺單元數(shù)目非常多，若直接連接到計算機上，則需開發(fā)帶有大量輸入端口的專用計算機板卡，顯然此種方式是不合適的。因此機器人觸覺傳感服裝的實驗系統(tǒng)設(shè)計中將整個觸覺服裝分成若干個陣列塊，每個觸覺傳感器陣列的

18、行列引出線接入掃描電路，通過掃描電路進行塊選，接著將選定的塊傳感器陣列中每個敏感元件檢測到的電壓信號依次送入信號調(diào)理電路，信號調(diào)理電路主要對電壓信號進行放大和濾波，再由主機控制的數(shù)據(jù)采集卡將已調(diào)理好的信號按照逐行掃描的方式采集到主機中，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在計算機緩存器中。緩存器指的是pc內(nèi)存的一個區(qū)域，它用來臨時存放數(shù)據(jù)。當(dāng)需要每秒采集幾千個傳感單元的數(shù)據(jù)，并進行實時顯示是困難的。但是將采集卡的數(shù)據(jù)先送到緩存器，可以先將它們快速存儲起來，稍后再重新找回它們進行顯示或分析。計算機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出時序控制信號進行同步采集，完成傳感器的單元選擇和數(shù)據(jù)采集。行掃描法每次掃描一行，從而大大提高了單次

19、觸覺陣列全部信息的讀出速度，為整個系統(tǒng)的實時性打下硬件基礎(chǔ)，并且在提高采樣速度的同時，較好地解決了行列間的串?dāng)_噪聲問題。數(shù)據(jù)采集卡對多個變化較為緩慢的模擬信號進行a/d轉(zhuǎn)換時，同時利用多路模擬開關(guān)將各路模擬信號輪流與a/d轉(zhuǎn)換器接通，使一個a/d轉(zhuǎn)換器能完成多個模擬信號的轉(zhuǎn)換，節(jié)省硬件開銷。數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟該步驟涉及傳感器選擇、傳感信號處理、傳感數(shù)據(jù)處理和傳感器模板的輸出。傳感器選擇：計算機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出時序控制信號進行同步采集，完成傳感器的單元選擇和數(shù)據(jù)采集，也就是說傳感器單元的選擇和數(shù)據(jù)獲取是由計算機輸出的時序控制信號決定，而該時序控制信號又是由機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫的傳感器時序單元決定，

20、并且該時序控制信號是與機器人傳感服裝的每個傳感器有映射關(guān)系。傳感信號處理：傳感信號處理是通過一定的算法控制對采集到的數(shù)據(jù)進行濾波和補償。由于測量對象不是穩(wěn)定的信號，因此外界干擾，如電磁干擾、環(huán)境溫度、濕度等，都會對信號帶來一定的影響。另外，人為影響因素比較多，實驗臺搭建過程中，觸覺傳感器陣列放置的平面平整度、穩(wěn)壓電源精度，導(dǎo)電橡膠壓阻特性的遲滯性等都會有誤差；前置掃描電路、信號調(diào)理電路，采集卡連接電纜等，都會引入一定的噪聲以及模擬開關(guān)引起的電壓損失。因為每個傳感單元的數(shù)據(jù)采集并不是連續(xù)采集的，而是用分時采集的，采集的起止時刻和時間是由時序控制信號決定的，信號處理的一個依據(jù)就是要根據(jù)采樣的時間來

21、作出，即通過一定的算法控制。信號處理采用數(shù)字濾波主要完成對信號進行篩選，只讓特定頻段的信號通過。假定輸入信號中的有用成分和噪聲成分各占不同的頻帶，通過濾波器后，可將噪聲成分有效除去。由于采集的信號是直流的，所以通過低通濾波電路，對一些噪聲的消除比較理想。而且在設(shè)計的過程中也充分考慮了如何避免和減小這些誤差。采用數(shù)字濾波器的優(yōu)點：(1)系統(tǒng)穩(wěn)定度高，靈活性強；(2) 無阻抗匹配問題；(3) 能處理低頻信號并可實現(xiàn)嚴(yán)格的線性相位濾波和多維濾波；(4) 可簡單地獲得自適應(yīng)濾波；(5) 控制數(shù)字字長可以精確地控制濾波器的精度等優(yōu)點。 傳感數(shù)據(jù)處理：傳感數(shù)據(jù)處理是將獲得的傳感數(shù)據(jù)根據(jù)時序控制信號與對應(yīng)傳

22、感器關(guān)系確定傳感器地址，該地址與機器人服裝傳感單元是一一對應(yīng)的映射關(guān)系。傳感器模板的輸出：數(shù)據(jù)預(yù)處理單元是根據(jù)接收傳感數(shù)據(jù)緩存器中的數(shù)據(jù)和時序控制信號決定每個傳感器的物理地址和數(shù)據(jù)，并與傳感器數(shù)據(jù)庫結(jié)合建立了與實際傳感服裝映射的模板，即實現(xiàn)了傳感器模板的輸出，該模板為傳感器的物理地址、數(shù)據(jù)格式和傳感器的數(shù)量。傳感數(shù)據(jù)補償步驟由于機器人傳感服裝中每個傳感器的特性參數(shù)并不完全一致。在使用之前要對每個傳感器進行標(biāo)定，得到每個傳感器的特性參數(shù)從而建立了傳感器補償數(shù)據(jù)庫。該步驟按已知補償關(guān)系式，使用傳感器補償數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)，對所有由數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟得到的傳感器數(shù)據(jù)進行補償和修正，使與實際值有差異的傳感器得

23、到糾正。同時為了避免由于傳感器偶然性的誤差，將同一傳感器循環(huán)采集得到的三個數(shù)值取平均數(shù)，以此作為該傳感器最終的數(shù)據(jù)值。傳感數(shù)據(jù)處理步驟該步驟包括傳感信息融合、傳感圖像處理和傳感圖像顯示三個小步驟。傳感器信息融合：對機器人服裝觸覺傳感器不同觸覺單元檢出信號進行信息融合的目的在于消除系統(tǒng)噪聲和隨機噪聲的干擾，把偽信號出現(xiàn)的可能降到最低，以獲得高精度的物體表面輪廓估計。這是因為機器人服裝觸覺單元相互之間的間距很小，因此當(dāng)接觸物與觸覺陣列接觸時，會影響接觸點周圍的一些觸點。如果用從不同傳感器來的數(shù)據(jù)，表示同一個物體的屬性，結(jié)果很有可能會發(fā)生偏離。傳感器數(shù)據(jù)偏離主要由以下兩點引起：（1）傳感器的噪聲、準(zhǔn)

24、確性等特性；（2）將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成算術(shù)形式時的過程。因此，可信性測量就是，通過概率分布來描述傳感器，描述有效數(shù)據(jù)綜合的一個最初的平均值。其融合思想是：將所有經(jīng)補償和修正后的傳感數(shù)據(jù)綜合成一個內(nèi)在數(shù)據(jù)單元，通過概率密度公式曲線來分析傳感器的特性功能，使用統(tǒng)計理論來定義誤差探測標(biāo)準(zhǔn)，并定義間距量度標(biāo)準(zhǔn)來作為探測傳感器誤差的標(biāo)準(zhǔn)。多傳感器的數(shù)據(jù)含有大量的不確定性，所以要找到這些傳感器之間的內(nèi)在聯(lián)系?？梢园岩恍┖芙咏膫鞲衅鲾?shù)據(jù)融合在一起，但是如果有些傳感器的值相差很大，就要考慮這些值是不是正確的，并且不應(yīng)該把它們綜合在一起。融合原理：兩個概率曲線間的距離測量這一概念被廣泛地應(yīng)用在統(tǒng)計學(xué)中。在傳感器誤差探

25、測和補償數(shù)據(jù)中，定義一個間距量度標(biāo)準(zhǔn)以對傳感器誤差進行探測?？紤]到如圖4所示的兩個概率分布pi(x)和pj(x)，其中，它們的方差量度是不同的，如i2j2，xi，xj分別代表了第i個和第j個傳感器的讀數(shù)。定義條件概率分布函數(shù)pij (1)同樣，可以定義pji (2)如圖4所示，pij比pji大，因為概率分布pi(x)中，xi是第i個傳感器的值。對應(yīng)xi時，條件概率函數(shù)值pij =0.75，意味著第j個傳感器為準(zhǔn)確讀數(shù)的概率為75%。相反，概率分布pj(x)，pji=0.3，意味著第i個傳感器有準(zhǔn)確讀數(shù)的概率為30%。從上述分析可得出這樣的結(jié)論：在函數(shù)pi(x)中，xi和xj的值更加接近；同樣的

26、，在函數(shù)pj(x)中，xi和xj的值相差就比較大。圖4展示了兩個概率分布函數(shù)pi(x)和pj(x)的間距具有不同的值，其差異是由所選擇的概率分布函數(shù)所決定的。鑒于多傳感器數(shù)據(jù)的不確定性，必須找出傳感器之間的內(nèi)在聯(lián)系。因此有必要把一些很接近的傳感器數(shù)據(jù)作融合，如果傳感器的某些數(shù)據(jù)值相差很大，屬于不正常的值，則不應(yīng)將其綜合在一起。在該分析的基礎(chǔ)上，定義一種新的間距測量，用dij或者dji來表示探測傳感器的誤差。把這種新的間距稱為可信間距度 dij或者dji，如圖5（a）和（b）所示。其中， 和 a和b是在概率分布曲線pi(x)或pj(x)下，傳感器取值xi和xj之間所圍的面積。一般說來，dijdj

27、i，除非標(biāo)準(zhǔn)差i2=j2，并且0dij，dji1舉一個關(guān)于dij的特例，（1） 當(dāng)xi=xj時，dij=0（如圖5所示）。（2） 當(dāng)xi和xj距離無限遠時，dij=1。可信間距度的優(yōu)點主要有以下兩個方面：它不僅提供了一個和前面描述相同的抽象標(biāo)度值，也提出了間距和一致性測量的關(guān)系。比如，dij =0.6表示如果傳感器的值xi是正確的，則傳感器值xj在概率分布函數(shù)pi(x)下也具有60%的置信區(qū)間。必須要注意的是，xi和xj之間的距離越大，置信度越高。 設(shè)有多個傳感器對同一物體進行測量，傳感器的一次觀測值一般應(yīng)該滿足正態(tài)分布。如果引進置信距離測度dij 來表示兩個傳感器之間的偏差大小,即表示它們之

28、間的相互支持程度, 則置信距離測度的值越小則測量值越接近, 如果傳感器完全相同值dij 為0 。所有的置信距離測度構(gòu)成距離矩陣。在一般情況下,人為確定一個閥值, 當(dāng)置信距離測度小于時認(rèn)為兩個傳感器相互支持，值為1 ( rij = 1)；否則為0 。這樣就構(gòu)成了關(guān)系矩陣，即式中rij 表示第j 個傳感器對第i 個傳感器的支持程度。一般情況下閥值根據(jù)經(jīng)驗進行選擇,閥值取1/ 2。各個傳感器的綜合支持程度，這在一定程度上更能反應(yīng)傳感器之間的相互關(guān)系。傳感器給出的檢測結(jié)果距離平均值越近, 該結(jié)果同其他結(jié)果的可信度比值就會越高。 根據(jù)這些概念，能使用下面的步驟來解決數(shù)據(jù)融合的問題：（1） 首先，綜合那些

29、完全相互支持的傳感單元，形成一個新的傳感單元數(shù)據(jù)a。a值表示具有最高可信度的數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)是由其他很多數(shù)據(jù)綜合成的，因此被稱作優(yōu)先傳感數(shù)據(jù)。余下的傳感單元根據(jù)前述原理方法融合，進而形成新的傳感數(shù)據(jù)。（2） 被優(yōu)先傳感數(shù)據(jù)支持的傳感單元的數(shù)據(jù)也是正確的，將被合并到優(yōu)先傳感數(shù)據(jù)中。（3） 任何一個支持優(yōu)先傳感數(shù)據(jù)的傳感單元均稍微地偏離實際值，將不會被標(biāo)注為錯誤或有誤差。（4） 任何一個分離的傳感單元將導(dǎo)致與其相關(guān)聯(lián)的傳感器被標(biāo)注為錯誤或有誤差，并將有錯誤和誤差的傳感數(shù)據(jù)將進行錯誤恢復(fù)和修正。傳感圖像處理和傳感圖像顯示：傳感圖像處理部分和圖像顯示部分主要就是把處理好的數(shù)據(jù)用二維和三維圖像顯示出來。觸

30、覺傳感數(shù)據(jù)可視化是運用計算機圖形學(xué)和圖像處理技術(shù),將觸覺傳感得到的數(shù)據(jù)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來,并進行交互處理提供象人眼一樣的直覺的、交互的和反應(yīng)靈敏的可視化環(huán)境。傳感器陣列采集到的數(shù)據(jù)是一個固定的二維矩陣,矩陣的行數(shù)和列數(shù)就是傳感器陣列的行數(shù)和列數(shù),并且行與行、列與列之間的距離是固定且已知的。選定好坐標(biāo)系，每個傳感器單元就對應(yīng)著一個固定位置的點， 觸覺傳感數(shù)據(jù)中每一個數(shù)據(jù)項作為單個圖元元素表示，在坐標(biāo)平面的相應(yīng)點上按照二值化的結(jié)果作圖，大量的數(shù)據(jù)集構(gòu)成數(shù)據(jù)圖像就可以恢復(fù)出整幅圖像。同時將數(shù)據(jù)的各個屬性值以多維數(shù)據(jù)的形式表示，可以從不同的維度觀察數(shù)據(jù)，從而對數(shù)據(jù)進行更深入的觀察和分析。將

31、得到的數(shù)據(jù)用二維坐標(biāo)系加灰度的方式顯示出來，從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。圖3是觸覺傳感數(shù)據(jù)顯示結(jié)構(gòu)示意圖。觸覺傳感器將采集到的三維坐標(biāo)和在該坐標(biāo)下的特征值（壓力）的可視化。一個坐標(biāo)對應(yīng)一個值，通過處理，不同的傳感數(shù)據(jù)（指壓力值）對應(yīng)不同的顏色在程序視窗顯示出來，從而準(zhǔn)確、直觀的獲得這些信息。數(shù)據(jù)讀入了(x、y、z)坐標(biāo)值和該點特征值及每組數(shù)據(jù)有4個值，然后通過程序處理，將依次讀入的三維坐標(biāo)點連接成三角形，并且每個點的顏色就是對應(yīng)的特征值的顏色。這樣，只要與標(biāo)準(zhǔn)色彩框架進行對比，就能知道每個點的具體特征值，從而做到了觸覺傳感數(shù)據(jù)的可視化。數(shù)據(jù)可視化顯示過程如下，（1）經(jīng)過數(shù)據(jù)處理觸

32、覺傳感器的電壓信號與空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)讀入計算機，繪制出基本圖形單元，根據(jù)基本圖形單元建立景物模型，并且對所建立的模型在進行數(shù)學(xué)描述opengl中把點、線、多邊形、圖像和位圖都作為基本圖形單元。 (2)把景物模型放在三維空間中的合適的位置，并且設(shè)置視點(viewpoint)以觀察所感興趣的景觀。 (3)確定物體的色彩，同時確定光照條件、紋理粘貼方式等。(4)把景物模型的數(shù)學(xué)描述及其色彩信息轉(zhuǎn)換至計算機屏幕上的象素，這個過程也就是光柵化(rasterization )。為了顯示處理好的觸覺信息，實現(xiàn)觸覺靜態(tài)和動態(tài)圖像的恢復(fù)，使用vc語言編制了三維顯示軟件。在傳感圖像顯示模塊中，首先建立一個簡單機器人的

33、三維形體，該形體可以在設(shè)定的三維空間行走。在機器人的前胸和后背分別布置可以顯示的服裝傳感陣列，用傳感點的顏色深淺來表示所讀取數(shù)值的大小，最后通過調(diào)用傳感數(shù)據(jù)就可以進行觸覺數(shù)據(jù)顯示和觸覺圖像顯示，從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。通過觸覺傳感得到大量的數(shù)據(jù)，在大量經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)背后，隱藏著許多重要的信息，要提供象人眼一樣的直覺的、交互的和反應(yīng)靈敏的可視化環(huán)境。將傳感數(shù)據(jù)用圖像、曲線、二維圖形、三維體和動畫來顯示，并可對其模式和相互關(guān)系進行可視化分析。數(shù)據(jù)可視化可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使實時產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)得到有效利用；可以在人與數(shù)據(jù)、人與人之間實現(xiàn)圖像通信，從而使人們能夠觀察到數(shù)據(jù)中

34、隱含的現(xiàn)象，為發(fā)現(xiàn)和理解科學(xué)規(guī)律提供有力工具；可以實現(xiàn)對計算和編程過程的引導(dǎo)和控制，通過交互手段改變過程所依據(jù)的條件，并觀察其影響。權(quán) 利 要 求 書1、機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：它包括如下步驟：首先在計算機內(nèi)建立機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫至少包括每個傳感器的物理位置、從每個傳感器獲取數(shù)據(jù)所需要的時間、從每個傳感器所獲取數(shù)據(jù)的特性參數(shù)、每個傳感器恢復(fù)誤差補償系數(shù)；數(shù)據(jù)獲?。簲?shù)據(jù)采集卡采集機器人服裝上所有傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)，并將采集到的傳感數(shù)據(jù)送到計算機傳感器緩存器中；對傳感器緩存器中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理：將傳感器緩存器中的每一個傳感數(shù)據(jù)依次取出并按時序?qū)鞲行盘栠M行

35、濾波和補償處理，同時根據(jù)傳感器的時序控制信號并結(jié)合機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫中的信息，確定該數(shù)據(jù)對應(yīng)的傳感器的地址信息，該地址與機器人服裝傳感單元是一一對應(yīng)映射關(guān)系，所有的數(shù)據(jù)處理完畢形成傳感器模板的輸出，該模板為傳感器的物理地址、數(shù)據(jù)格式和傳感器的數(shù)量；傳感數(shù)據(jù)補償：對上步處理后的數(shù)據(jù)再結(jié)合機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫中的特性參數(shù)和補償系數(shù)進行數(shù)據(jù)補償和修正；傳感信息融合：將所有經(jīng)補償和修正后的傳感數(shù)據(jù)綜合成一個內(nèi)在數(shù)據(jù)單元，通過概率密度公式曲線來分析傳感器的特性功能，使用統(tǒng)計理論來定義誤差探測標(biāo)準(zhǔn)，并定義間距量度標(biāo)準(zhǔn)來作為探測傳感器誤差的標(biāo)準(zhǔn)，把所有傳感數(shù)據(jù)根據(jù)地址關(guān)聯(lián)性逐一進行融合，同時對傳感數(shù)據(jù)進行

36、誤差補償和錯誤檢測；將上步經(jīng)融合處理后的數(shù)據(jù)用二維和三維圖像顯示出來從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：所述第步數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)的方法為：把整個觸覺服裝傳感器分成若干個陣列塊，將每個陣列塊中傳感器的行列引出線接入采樣掃描電路，通過采樣掃描電路進行塊選，采樣掃描電路塊選信號由安裝了數(shù)據(jù)采集卡的計算機產(chǎn)生，接著將選定的塊傳感器中每個傳感單元的電壓信號依次送入信號調(diào)理電路，再由計算機控制的數(shù)據(jù)采集卡將已調(diào)理好的信號采集到計算機中，并將采集到的數(shù)據(jù)存放在計算機傳感器緩存器中。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人服裝觸覺傳

37、感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：所述第步圖像顯示方法為：首先在計算機內(nèi)建立一個與實體機器人對應(yīng)的機器人的三維圖像，實體機器人服裝上所有的傳感器對應(yīng)著三維圖像中的坐標(biāo)點，傳感器的特征值用顏色深淺來表示所讀取數(shù)值的大小并在三維圖像中在該傳感器對應(yīng)的坐標(biāo)點上表示出來，最后通過調(diào)用傳感數(shù)據(jù)就可以進行觸覺數(shù)據(jù)顯示和觸覺圖像顯示，從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機器人服裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于：將數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)采集得到的同一傳感器的三個數(shù)值在傳感數(shù)據(jù)補償和修正后取平均值作為該傳感器補償和修正后的實際輸出。說 明 書 摘 要本發(fā)明公開了一種機器人服

38、裝觸覺傳感信息融合數(shù)據(jù)處理方法，它包括如下步驟：首先在計算機內(nèi)建立機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)獲?。簲?shù)據(jù)采集卡采集機器人服裝上所有傳感器傳送過來的數(shù)據(jù)；對傳感器緩存器中的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理；傳感數(shù)據(jù)補償；傳感信息融合；經(jīng)融合處理后的數(shù)據(jù)用二維和三維圖像顯示出來，從而得到接觸物的外形輪廓和接觸面壓力分布。本方法能能產(chǎn)生比單一傳感器獲得更精確、更完全、更可靠的估計和判斷，可提高機器人全身的空間分解力和清晰度、機器人觸覺圖像測圖精度、分類精度與可靠性，增強解譯和動態(tài)監(jiān)測能力，減少模糊度，有效提高觸覺數(shù)據(jù)的利用率等。 摘 要 附 圖機器人服裝觸覺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)獲取觸覺傳感器1觸覺傳感器n傳感數(shù)據(jù)緩存器數(shù)據(jù)預(yù)處理傳感器時序單元xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu 傳感器選擇傳感信號處理算法控制傳感數(shù)據(jù)處理傳感器模板傳感器選取單元xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xuanqu xu