CN110834343A - 用于机器人的机器手指、触摸感知装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种用于机器人的机器手指、触摸感知装置及机器人。其中，机器手指包括：手指本体；以及设置在手指本体一侧的触摸屏，用于检测接触点的位置。根据本发明实施例的用于机器人的机器手指，可以通过触摸屏检测接触点的位置，提高了机器手指感知接触点位置信息的精准度。

Description

用于机器人的机器手指、触摸感知装置及机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种用于机器人的机器手指、触摸感知装置及机器人。

背景技术

机器手是机器人***的一个重要功能组件。机器手在执行任务时，尤其是机器手去直接抓取、触碰物体时，触觉信号便成了机器手重要的信息来源。

相关技术中，机器人在抓取物体时，一般是通过压力传感器检测压力大小，当接触点的压力值不同时，反馈回的信号值不同，以此来获取触觉信息，进而根据触觉信息对机器手指的抓取力度等进行调整，以实现机器人的抓取。然而，仅根据压力值对机器手指进行调整，难以满足机器手在执行复杂任务时对触觉信息的要求，相关技术方案中机器手指感知触觉信息的精准度还有待提高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种用于机器人的机器手指，可以通过触摸屏检测接触点的位置，提高了机器手指感知接触点位置信息的精准度。

本发明的第二个目的在于提出一种机器人。

本发明的第三个目的在于提出一种用于机器人的触摸感知装置。

本发明的第四个目的在于提出一种用于机器人的触摸感知方法。

为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种用于机器人的机器手指，包括：

手指本体；以及

设置在所述手指本体一侧的触摸屏，用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置。

本发明实施例的用于机器人的机器手指，通过在手指本体一侧设置触摸屏，并根据触摸屏检测机器手指与物体接触时接触点的位置，提高了机器手指感知接触点位置信息的精准度，从而进一步提高了机器人抓取的准确性。

另外，根据本发明上述实施例的用于机器人的机器手指还可以具有如下附加技术特征：

可选地，所述的机器手指还包括：用于检测所述接触点的压力值的第一压力传感器；其中：所述第一压力传感器位于所述手指本体与所述触摸屏之间；或者所述触摸屏位于所述手指本体与所述第一压力传感器之间。通过第一压力传感器检测接触点的压力值，进一步提高了机器手指感知触觉信息的精准度。

可选地，所述的机器手指还包括：设置在所述触摸屏和所述第一压力传感器之间的隔离垫。

可选地，所述的机器手指还包括：设置在所述手指本体顶部的第二压力传感器。通过第二压力传感器在机器手指按压时检测指尖的压力值，进一步提高了机器手指感知触觉信息的精准度。

可选地，所述第一压力传感器和第二压力传感器为压力薄膜传感器。

可选地，所述的机器手指还包括设置于所述机器手指外侧的缓冲垫。

可选地，所述缓冲垫包裹于所述机器手指外侧。

可选地，所述触摸屏为电阻式触摸屏。

为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种机器人，包括至少一个如前述任一项所述的用于机器人的机器手指。

为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种用于机器人的触摸感知装置，包括：

至少一个机器手指，所述机器手指包括手指本体，以及设置在所述手指本体一侧的触摸屏，所述触摸屏用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置；以及

与所述触摸屏相连的控制器，所述控制器根据所述接触点的位置生成触摸感知信息，并根据所述触摸感知信息对所述机器人进行控制。

本发明实施例的用于机器人的触摸感知装置，通过触摸屏和压力传感器分别检测接触点的位置信息和压力值，提高了机器人感知触觉信息的精准度，从而能够提高机器人抓取的准确性。

另外，根据本发明上述实施例的用于机器人的触摸感知装置还可以具有如下附加技术特征：

可选地，所述触摸感知装置还包括：用于检测所述接触点的压力值的第一压力传感器；其中：所述第一压力传感器位于所述手指本体与所述触摸屏之间；或者所述触摸屏位于所述手指本体与所述第一压力传感器之间；所述控制器还与所述第一压力传感器相连，所述控制器还用于：根据所述接触点的压力值生成触摸感知信息。

可选地，所述触摸感知装置还包括：设置在所述手指本体顶部的第二压力传感器，所述第二压力传感器用于检测所述机器手指按压时指尖的压力值；所述控制器还与所述第二压力传感器相连，所述控制器还用于：根据所述指尖的压力值生成触摸感知信息。

可选地，所述触摸感知装置还包括：设置于所述机器手指外侧的缓冲垫；其中，所述缓冲垫包裹于所述机器手指外侧；和/或设置在所述第一压力传感器和所述触摸屏之间的隔离垫。

可选地，所述触摸屏为电阻式触摸屏。

为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种用于机器人的触摸感知方法，所述机器人包括至少一个机器手指，所述机器手指包括手指本体，以及设置在所述手指本体一侧的触摸屏，所述触摸屏用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置，所述方法包括：

接收触摸屏检测到的机器手指与物体接触时接触点的位置；

根据所述接触点的位置生成触摸感知信息；

根据所述触摸感知信息对所述机器人进行控制。

另外，根据本发明上述实施例的用于机器人的触摸感知方法还可以具有如下附加技术特征：

可选地，所述的方法还包括：接收第一压力传感器检测到的所述接触点的压力值，其中，所述第一压力传感器位于所述手指本体与所述触摸屏之间，或者所述触摸屏位于所述手指本体与所述第一压力传感器之间；根据所述接触点的位置生成触摸感知信息，还包括：根据所述接触点的压力值生成触摸感知信息。

可选地，所述的方法还包括：接收第二压力传感器检测到的机器手指按压时指尖的压力值，所述第二压力传感器设置在所述手指本体顶部；根据所述接触点的位置生成触摸感知信息，还包括：根据所述指尖的压力值生成触摸感知信息。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例所提供的一种用于机器人的机器手指的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的另一种用于机器人的机器手指的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的一种用于机器人的触摸感知装置的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的另一种用于机器人的触摸感知装置的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的一种用于机器人的机器手指的功能示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的用于机器人的机器手指、触摸感知装置及方法、机器人。

图1为本发明实施例所提供的一种用于机器人的机器手指的结构示意图，如图1所示，该机器手指包括：手指本体10，触摸屏20。

其中，触摸屏20设置在手指本体10一侧，用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置。

作为一种示例，触摸屏20可以用于检测接触点的位置。比如，以触摸屏20所在平面建立直角坐标系(X轴、Y轴)，进而机器手指在手指本体一侧与其他物体进行接触时，设置于该侧的触摸屏20能够检测到有接触发生，并能够检测出接触点的位置坐标。

在本发明的一个实施例中，触摸屏20可以为电阻式触摸屏。例如，可以为四线电阻式触摸屏。通过电阻式触摸屏可以更精确检测接触点的位置，精度可达亚毫米级。

在本发明的一个实施例中，手指本体10一侧为该机器手指与其他机器手指相邻的一侧。在使用机器手去夹物体时，可以通过手指本体一侧与物体接触以实现物体的抓取，例如，以二指机器人手爪为例，在抓取物体时，机器手指分别通过与另一个机器手指相邻的一侧与物体接触，进而根据设置在手指本体一侧的触摸屏检测接触点的位置，根据位置信息通过相关抓取补偿算法进行抓取补偿，从而实现物体的抓取。

需要说明的是，上述触摸屏20的位置仅仅是示例性的，触摸屏20可以设置在其他用于检测接触点位置的位置上，具体可以根据实际情况设置，此处不作限制。

可以理解，在实际应用中存在很多不确定性，因此在机器手抓取时用到的模型通常不够准确，机器手需要获取精确的感知信息，才能完成更精细复杂的任务。例如，机器手在进行夹起杯子、接水，并将水倒入另一个杯子这一系列动作时，由于这是一个对位置信息要求较高的连续衔接动作，因此当机器手夹住杯子后，首选需要精确感知杯子与机器手指的接触点的位置信息，再通过算法补偿，从而保证后续动作衔接的精确合理，否则随着机器手动作的推移，会造成越来越大的误差，导致任务失败。

在本发明的一个实施例中，该机器手指还包括缓冲垫，覆盖于触摸屏20上，以保护触摸屏20。

作为一种示例，缓冲垫可以为橡胶缓冲垫。

作为一种示例，缓冲垫包裹于机器手指的最外层，以保护其内部的各器件。例如，当机器手抓取力度过大时，缓冲垫可以隔离内部传感器与物体并缓冲抓取产生的压力，避免触摸屏20等器件与物体直接接触造成压碎、刮痕等。缓冲垫还可以与外界物体发生接触、挤压，并将形变产生的压力等触觉信息传导至内部传感器。

本发明实施例的用于机器人的机器手指，包括手指本体，以及设置在手指本体一侧的触摸屏。通过在手指本体一侧设置触摸屏，并根据触摸屏检测接触点的位置，提高了机器手指感知接触点位置信息的精准度，从而进一步提高了机器人抓取的准确性。

基于上述实施例，进一步地，本发明实施例的用于机器人的机器手指，可以同时感知机器手指与物体接触的压力大小以及接触点的位置，进一步提高了机器手指感知触觉信息的精准度。

图2为本发明实施例所提供的另一种用于机器人的机器手指的结构示意图，如图2所示，该机器手指包括：手指本体10，触摸屏20，第一压力传感器30。

其中，第一压力传感器30用于检测接触点的压力值。

需要说明的是，可以将第一压力传感器30设置在触摸屏20和手指本体10之间，也可以将触摸屏20设置在第一压力传感器30和手指本体10之间，即第一压力传感器30与触摸屏20的结构位置可以互换，此处不作限制。

在本发明的一个实施例中，还可以在第一压力传感器30和触摸屏20之间设置隔离垫40。例如，隔离垫40可以为橡胶隔离垫。

本实施例中，隔离垫用于保护触摸屏20和第一压力传感器30。也就是说，通过隔离垫40可以缓冲上层的触摸屏20在按下时产生的形变，从而对触摸屏20和第一压力传感器30起到缓冲保护的作用。此外，隔离垫40还可以隔离下层的第一压力传感器30，提高按压时的抗干扰性。

在本发明的一个实施例中，还可以在手指本体10顶部设置第二压力传感器31，以在机器手指按压物体时，检测指尖的压力值。

作为一种示例，第一压力传感器30和第二压力传感器31可以为压力薄膜传感器。例如，可以采用RFP-602型号的压力薄膜传感器。

在本发明的一个实施例中，该机器手指还包括缓冲垫50，设置于所述机器手指外侧。作为一种示例，缓冲垫50可以为橡胶缓冲垫。

作为一种示例，若第一压力传感器30位于手指本体10和触摸屏20之间，缓冲垫50覆盖触摸屏20。或者，若触摸屏20位于手指本体10和第一压力传感器30之间，缓冲垫50覆盖第一压力传感器30。

作为一种示例，缓冲垫50可以包裹于机器手指的最外层，以保护上述器件。例如，当机器手抓取力度过大时，缓冲垫可以隔离内部传感器与物体并缓冲抓取产生的压力，避免触摸屏20等器件与物体直接接触造成压碎、刮痕等。缓冲垫50还可以与外界物体发生接触、挤压，并将形变产生的压力等触觉信息传导至内部传感器。

本实施例中，该机器手指不仅可以检测接触点的位置，还可以检测接触点的压力大小，提高了机器手感知触觉信息的精准度。进而根据位置信息和压力大小，通过相关抓取补偿算法进行抓取补偿，以调整机器手指抓取力度和深浅位置，从而实现对物体的准确抓取。

本发明实施例的用于机器人的机器手指，通过在手指本体一侧设置触摸屏以及压力传感器，可以同时检测接触点的位置和压力值，以及通过指尖压力传感器检测机器手指按压时的压力值，进一步提高了机器手感知触觉信息的精准度，使得机器手可以结合触觉信息和相关算法完成对精准度要求更高的任务，从而能够提高机器人抓取的准确性。

为了实现上述实施例，本发明还提出一种用于机器人的触摸感知装置。

图3为本发明实施例所提供的一种用于机器人的触摸感知装置的结构示意图，如图3所示，该触摸感知装置包括：至少一个机器手指，控制器60。

其中，机器手指包括手指本体10和触摸屏20。触摸屏20设置在手指本体10一侧，用于检测机器手指与物体接触时接触点的位置。例如，触摸屏20可以为电阻式触摸屏。

控制器60与触摸屏20相连，用于根据接触点的位置生成触摸感知信息。

进一步的，控制器60将触摸感知信息按照特定格式发送至PC。由PC根据该触摸感知信息进行后续处理。

本实施例中，触摸感知信息可以为接触点的位置坐标信息。作为一种示例，可以通过触摸屏检测接触点的位置，经过数据采集和滤波处理得到接触点的位置坐标信息。进而，机器手在进行抓取动作时，根据接触点的位置坐标信息通过算法进行补偿，以调整机器手指抓取的深浅位置，提高了机器手抓取的准确性。

在图3的基础上，图4所示的用于机器人的触摸感知装置还包括：第一压力传感器30，隔离垫40，缓冲垫50。

在本发明的一个实施例中，触摸感知装置还可以包括第一压力传感器30。第一压力传感器30用于检测接触点的压力值。需要说明的是，可以将第一压力传感器30设置在触摸屏20和手指本体10之间，也可以将触摸屏20设置在第一压力传感器30和手指本体10之间，此处不作限制。

本实施例中，控制器60与触摸屏20和第一压力传感器30相连，以根据接触点的位置和压力值生成触摸感知信息。作为一种可能的实现方式，连接方式为电连接。

本实施例中，触摸感知信息还可以包括接触点的压力大小。例如，可以通过压力传感器检测接触点的压力值，经过AD转换和滤波处理得到接触点的压力大小。进而机器手在进行抓取动作时，根据接触点的位置坐标信息和压力大小通过算法进行补偿，以调整机器手指抓取力度和深浅位置，从而提高机器手抓取的准确性。

在本发明的一个实施例中，触摸感知装置还可以包括第二压力传感器31。第二压力传感器31设置在手指本体10顶部，用于检测机器手指按压时指尖的压力值。

本实施例中，控制器60还与第二压力传感器31相连，以根据指尖的压力值生成触摸感知信息。

在本发明的一个实施例中，触摸感知装置还可以包括：隔离垫40。其中，隔离垫40设置在触摸屏20和第一压力传感器30之间。

在本发明的一个实施例中，触摸感知装置还可以包括：缓冲垫50。其中，缓冲垫50设置于机器手指外侧。作为一种示例，缓冲垫50可以包裹于机器手指的最外层。

需要说明的是，前述实施例对于机器手指的解释说明同样适用于本实施例的触摸感知装置，此处不再赘述。

本发明实施例的用于机器人的触摸感知装置，通过触摸屏和压力传感器分别检测接触点的位置信息和压力值，提高了机器人感知触觉信息的精准度，从而能够提高机器人抓取的准确性。

为了更加清楚的解释本发明，下面结合实际应用进行说明。

如图5所示，根据传感器模块和数据采集处理模块说明如下。

传感器模块包括：两个压力薄膜传感器，分别位于机器手指尖和手指内侧，用于在机器手进行抓取时分别感应、检测这两个位置的压力大小。首先，两个压力薄膜传感器信号经微处理器上对应的AD(数模)采集通道转换后，得到传感器数字信号，再经滤波处理后，由串口2将滤波处理后的信息发送至PC(personal computer，个人计算机)。

电阻式触摸屏，位于手指内侧，主要用于检测接触点位置坐标。首先，由数据采集卡采集触摸屏的信号，得到原始的坐标信息，然后经串口1将坐标信息发送至微处理器，接着对其进行滤波处理，最后，统一由串口2将滤波处理后的信息发送至PC。

数据采集处理模块包括：微控制器和数据采集卡。其中，微控制器用于采集机器手指尖和手指内侧的压力薄膜传感器的数据信号，进而由微控制器内部的AD将信号转换为数字信号。例如可以使用ATmega328型号的微控制器进行信号采集和转换。数据采集卡采集触摸屏信号并预处理数据，获取接触点坐标信息，并将坐标信息经串口1发送至微控制器进行进一步处理。微控制器将采集得到的数据进行滤波处理后，按照特定格式由串口2发送至PC。

本发明还提出一种用于机器人的触摸感知方法，其中，机器人包括至少一个机器手指，机器手指包括手指本体，以及设置在手指本体一侧的触摸屏，触摸屏用于检测机器手指与物体接触时接触点的位置，该方法包括：

S101，接收触摸屏检测到的机器手指与物体接触时接触点的位置。

S102，根据接触点的位置生成触摸感知信息。

S103，根据触摸感知信息对机器人进行控制。

本发明实施例中，执行主体为控制器。

可选地，控制器还可以接收第一压力传感器检测到的接触点的压力值，进而根据接触点的压力值生成触摸感知信息，进一步根据触摸感知信息对机器人进行控制。其中，第一压力传感器位于手指本体与触摸屏之间，或者触摸屏位于手指本体与第一压力传感器之间。

可选地，控制器还可以接收第二压力传感器检测到的机器手指按压时指尖的压力值，进而根据指尖的压力值生成触摸感知信息，进一步根据触摸感知信息对机器人进行控制。其中，第二压力传感器设置在手指本体顶部。

本发明实施例的用于机器人的触摸感知方法，通过触摸屏和压力传感器分别检测接触点的位置信息和压力值，提高了机器人感知触觉信息的精准度。进而生成触摸感知信息对机器人进行控制，提高了机器人抓取的准确性。

本发明还提出一种机器人，包括至少一个如前述实施例所述的机器手指。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于机器人的机器手指，其特征在于，包括：

手指本体；以及

设置在所述手指本体一侧的触摸屏，用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置。

2.如权利要求1所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，还包括：用于检测所述接触点的压力值的第一压力传感器；其中：

所述第一压力传感器位于所述手指本体与所述触摸屏之间；或者

所述触摸屏位于所述手指本体与所述第一压力传感器之间。

3.如权利要求2所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，还包括：

设置在所述触摸屏和所述第一压力传感器之间的隔离垫。

4.如权利要求2或3所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，还包括：

设置在所述手指本体顶部的第二压力传感器。

5.如权利要求4所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，所述第一压力传感器和第二压力传感器为压力薄膜传感器。

6.如权利要求1所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，还包括设置于所述机器手指外侧的缓冲垫。

7.如权利要求6所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，所述缓冲垫包裹于所述机器手指外侧。

8.如权利要求1所述的用于机器人的机器手指，其特征在于，所述触摸屏为电阻式触摸屏。

9.一种机器人，其特征在于，包括至少一个如权利要求1-8任一项所述的机器手指。

10.一种用于机器人的触摸感知装置，其特征在于，包括：

至少一个机器手指，所述机器手指包括手指本体，以及设置在所述手指本体一侧的触摸屏，所述触摸屏用于检测所述机器手指与物体接触时接触点的位置；以及

与所述触摸屏相连的控制器，所述控制器根据所述接触点的位置生成触摸感知信息，并根据所述触摸感知信息对所述机器人进行控制。

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