华中科技大学袁烨获国家专利权
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龙图腾网获悉华中科技大学申请的专利基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器及其制备与应用获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120253041B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-24发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510324185.X,技术领域涉及:G01L5/166;该发明授权基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器及其制备与应用是由袁烨;乔雪纯;程骏;岳作功;程骋;陈煜璇;赵鹏远;张耀盛;刘皓晨;高源设计研发完成,并于2025-03-19向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器及其制备与应用在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器及其制备与应用,其中,触觉传感器包括弹性基体、第一光纤及第二光纤,第一光纤呈直线式水平贯穿弹性基体设置,第二光纤呈U型水平贯穿弹性基体设置,且第一光纤与第二光纤呈水平垂直交叉,第一光纤上设置有多个第一布拉格光栅,第二光纤上设置有多个第二布拉格光栅。其中,对触觉传感器的应用具体是基于深度学习神经网络的FMEM解调模型,解调施加力在基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器上在不同位置、不同方向、不同大小的情况下的光谱信息,以实现多维力信息的解调。本发明的优点有:体型小巧、制造简单,分辨率高,能实现从光谱信号到多维力信号的准确解调,满足灵巧手对触觉感知的要求。
本发明授权基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器及其制备与应用在权利要求书中公布了:1.一种用于解调基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器的光谱信号的方法,其特征在于,所述方法是通过基于深度学习神经网络的FMEM解调模型实现的,所述基于深度学习神经网络的FMEM解调模型包含输入层、Patch嵌入层,位置编码层,Transformer编码器层、展平层、线性层及多层感知机层;所述输入层,作为深度学习神经网络的数据输入入口,用于将收集到由基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器输出的原始光谱数据进行初步的数据标准化处理,使其转换为适合神经网络处理的数据格式;所述Patch嵌入层,用于将输入层输出的数据划分为多个小区域patches;所述位置编码层,用于将每个小区域patch映射到高维特征空间,并为每个小区域patch添加位置信息,使神经网络能够区分不同位置的patch,并保留光谱数据的序列顺序关系,确保神经网络能够识别光谱数据中的位置相关特征;所述Transformer编码器层,用于通过多头注意力机制捕获光谱数据不同部分之间的长距离依赖关系以及通过多头注意力和前馈网络串联处理,提取光谱数据中的关键特征模式和相关性;所述展平层,用于将Transformer编码器层输出的多维特征表示展平为一维向量;所述线性层,用于接收展平层输出的一维向量,将Transformer提取的高级特征映射到力信号相关的特征空间,为后续处理提供适当维度的线性变换表示;所述多层感知机层,用于接收线性层输出的特征表示,通过非线性变换进一步处理这些特征,执行回归和分类任务,并将处理后的特征转换为所需的多维力信息,实现从光谱特征到力信息的完整解调映射; 所述方法包含如下步骤: T1、通过FBG解调器采集施加力在基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器上的不同位置、不同方向、不同大小的情况下的光谱信号; T2、将步骤T1采集到的光谱信号输入到基于深度学习神经网络的FMEM解调模型中,通过基于深度学习神经网络的FMEM解调模型对输入的光谱信号进行解调,得到施加力在基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器上的多维力信息解调结果; 所述步骤T2具体包括如下步骤: T201、通过输入层接收步骤T1采集到的光谱信号,即原始光谱数据,并在输入层中对所述原始光谱数据进行初步的数据标准化处理,使其转换成适合于神经网络处理的数据格式; T202、在Patch嵌入层中将步骤T201得到的适合于神经网络处理的数据格式的光谱数据划分为多个小区域patches; T203、在位置编码层中将步骤T202中得到的每个小区域patch映射到高维特征空间,并为每个小区域patches添加位置信息,以保留光谱数据的序列顺序关系; T204、通过Transformer编码器层处理步骤T203输出的光谱数据,先利用多头注意力机制捕获光谱数据不同部分之间的长距离依赖关系,然后通过多头注意力和前馈网络串联处理,提取光谱数据中的关键特征模式和相关性; T205、通过展平层将Transformer编码器层输出的多维特征表示展平为一维向量; T206、通过线性层接收展平层输出的一维向量,并将Transformer提取的高级特征映射到力信号相关的特征空间,输出适当维度的线性变换表示; T207、通过多层感知机层接收线性层输出的特征表示,并通过非线性变换进一步处理这些特征,执行回归和分类任务,随后将处理后的特征转换为所需的多维力信息,即可实现从光谱特征到力信息的完整解调映射; 所述基于布拉格光栅的灵巧手指触觉传感器包括弹性基体100、第一光纤200及第二光纤300,所述第一光纤200呈直线式水平贯穿弹性基体100设置,所述第二光纤300呈U型水平贯穿弹性基体100设置,且第一光纤200与第二光纤300呈水平垂直交叉,所述第一光纤200上设置有多个第一布拉格光栅400,所述第二光纤300上设置有多个第二布拉格光栅500。
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