【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及集成電路，尤其涉及一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統。
技術介紹
1、人類認知環境和物體是多種感官聯合作用的結果。之前大部分研究都是基于視覺和聽覺，這兩方面發展得比較成熟，觸覺感知還是正在探索階段的。電子皮膚，其實是模仿人類皮膚感知功能，研究出來的一種新型的傳感器，它柔軟靈活，還可穿戴。跟人類皮膚一樣，它也能感受到外界刺激，并且把這些刺激轉化成不同的輸出信號。簡單來說，電子皮膚能讓機器人產生“觸覺”，可以被加工成各種形狀，能像衣服一樣附著在設備表面，因此電子皮膚在智慧醫療、人機交互(hmi)、虛擬現實(vr)和人工智能(ai)等領域，都能發揮很大的作用。
2、但是，傳統電子皮膚也存在許多缺點。首先，大多數電子皮膚需要與外部設備如pc、數據采集器等集成，以及需要多設備協調，很不方便。其次，除了傳感部分外，大多組件都是剛性的，極大地影響了電子皮膚的美感、舒適性和安全性，也對信號采集產生了不利影響。最后，目前的大多數電子皮膚需要將數據上傳云端或者計算機再在計算設備上進行數據分析，具有速度和安全性方面的劣勢。
3、基于以上不便，我們迫切需要開發和構建一種輕薄柔軟、高穩定性以及與計算芯片高度集成的一體化柔性觸覺系統。
技術實現思路
1、鑒于上述的分析，本專利技術實施例旨在提供一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，用以解決現有技術中剛性系統易折斷，需要硬件連接pc，數據處理需要上傳云端，不聯網不能運行且速度慢的問題。
2、一方面，本專利技術實施例
3、所述柔性觸覺傳感器陣列，用于感受外部壓力信號，并將壓力信號轉化為電流信號，通過行掃描的方式將傳感器陣列每行的電流信號讀出至柔性外圍電路；
4、所述柔性外圍電路，將各行的電流信號轉換為數字信號，并做放大、去噪、濾波處理，得到各行的壓力值并傳輸至bnn計算芯片；
5、所述bnn計算芯片，對壓力值進行卷積運算得到硬度分類結果。
6、進一步的，所述柔性外圍電路和bnn計算芯片，均集成在柔性的pcb板上。
7、進一步的，所述bnn計算芯片，包括：柔性rram存儲陣列、乘累加模塊、移位器、比較器和最大值比較輸出模塊；
8、根據bnn網絡結構以及輸入數據，在所述柔性rram存儲陣列中選擇兩個區域作為第一算法網絡和第二算法網絡；
9、將各bit位的多行數據輸入至第一算法網絡和乘累加模塊，第一算法網絡輸出各列存算單元的累積電流至乘累加模塊，乘累加模塊基于多行數據以及各列的累積電流得到各列的乘累加結果，并將各列的乘累加結果輸入至移位器；
10、所述移位器，根據各多行輸入數據的bit位，對各列的乘累加結果進行相應位數的移位，并將移位結果輸出至乘累加模塊中的加減法器，加減法器對各列不同bit位的移位結果進行加和計算，并將各列的加和計算結果輸出至比較器；
11、所述比較器，對各列的加和計算結果進行二值化處理，得到二值化結果，輸出至第二算法網絡，在第二算法網絡中再次運算輸出各列的累積電流，發送至最大值比較器輸出模塊；
12、所述最大值比較器輸出模塊，判斷各列累積電流的最大值，最大值所在列即為分類結果。
13、進一步的，所述柔性rram存算陣列包含n×m個存算單元；
14、所述每個存算單元均為1t1r結構，包括一個晶體管和一個憶阻器，所述晶體管為氧化銦鎵鋅薄膜晶體管igzo?tft。
15、進一步的，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性fpc板上。
16、進一步的，所述柔性觸覺傳感器陣列大小為7行5列，每個陣元均設置一個薄膜壓力傳感器。
17、進一步的，所述柔性外圍電路包括：傳感器接口電路、信號處理電路；
18、所述傳感器接口電路，將電流信號轉換為數字信號，傳輸至信號處理電路；
19、所述信號處理電路，將數字信號進行放大、去噪和濾波處理。
20、進一步的，所述傳感器接口電路，包括運算放大器和模數轉換器adc；
21、所述運算放大器，將電流信號轉換為電壓信號并傳輸至模數轉換器adc；
22、所述模數轉換器adc，將電壓信號轉換為數字信號。
23、進一步的，所述乘累加模塊還包括：popcount模塊和乘法器；
24、所述popcount模塊，接收多行輸入并獲取多行輸入中1的個數，將1的個數輸出至乘法器；
25、所述乘法器，將1的個數乘以固定值β，并將乘積結果發送至加減法器；
26、所述加減法器，將數字信號減去乘積結果得到矩陣的乘加結果，并發送至移位器。
27、進一步的，所述bnn計算芯片還包括：第一數據緩沖模塊、第二數據緩沖模塊和第三數據緩沖模塊；均用于數據的臨時存儲整合；
28、所述第一數據緩沖模塊，接收第一模數轉換器adc輸出的數字信號進行緩存后輸出至加減法器；
29、所述第二數據緩沖模塊，接收移位器輸出的移位結果進行緩存后輸出至加減法器；
30、所述第三數據緩沖模塊，接收比較器輸出的二值化結果進行緩存后輸出至第二算法網絡。
31、與現有技術相比，本專利技術至少可實現如下有益效果之一：
32、1、本申請通過柔性外圍電路和bnn計算芯片的聯合使用，實現電子皮膚的觸覺感知，不需要像傳統的觸覺感知系統需要硬件連接pc；直接使用bnn計算芯片來處理傳感數據，無需上傳云端，不用聯網因此不會產生信息安全問題，速度也會更快。
33、2、本申請通過選用1t1r單元結構的柔性rram存算陣列，1t1r單元結構中的氧化銦鎵鋅薄膜晶體管igzo?tft和憶阻器為rram均為柔性器件，相較于傳統的2t2r結構，本申請在不影響計算精度的情況下縮小了一倍的存算陣列面積，進一步提升能效，其柔性特點更適合應用于打造電子皮膚，且整個系統都是柔性的，更加舒適，且使用起來也會比硬性系統更加耐用。
34、3、模數轉換器adc、popcount模塊、乘法器和減法器等柔性外圍電路可以完整的計算整個bnn算法，可以進行多個bit位的輸入，提高了該bnn算法的硬件電路實現的運算精度和準確度。
35、4、本申請中使用了柔性觸覺傳感器陣列和柔性外圍電路，柔性外圍電路以及bnn計算芯片都集成在柔性的pcb板上，創建了輕薄柔軟、高穩定性、高度集成的一體化柔性觸覺系統。
36、本專利技術中，上述各技術方案之間還可以相互組合，以實現更多的優選組合方案。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分優點可從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本專利技術而了解。本專利技術的目的和其他優點可通過說明書以及附圖中所特別指出的內容中來實現和獲得。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，該系統包括：柔性觸覺傳感器陣列、柔性外圍電路和BNN計算芯片；
2.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性外圍電路和BNN計算芯片，均集成在柔性的PCB板上。
3.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述BNN計算芯片，包括：柔性RRAM存儲陣列、乘累加模塊、移位器、比較器和最大值比較輸出模塊；
4.根據權利要求3所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性RRAM存算陣列包含n×m個存算單元；
5.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性FPC板上。
6.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性觸覺傳感器陣列大小為7行5列，每個陣元均設置一個薄膜壓力傳感器。
7.根據權利要求2所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所
8.根據權利要求7所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述傳感器接口電路，包括運算放大器和模數轉換器ADC；
9.根據權利要求8所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述乘累加模塊還包括：popcount模塊和乘法器；
10.根據權利要求9所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述BNN計算芯片還包括：第一數據緩沖模塊、第二數據緩沖模塊和第三數據緩沖模塊；均用于數據的臨時存儲整合；
...【技術特征摘要】
1.一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，該系統包括：柔性觸覺傳感器陣列、柔性外圍電路和bnn計算芯片；
2.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性外圍電路和bnn計算芯片，均集成在柔性的pcb板上。
3.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述bnn計算芯片，包括：柔性rram存儲陣列、乘累加模塊、移位器、比較器和最大值比較輸出模塊；
4.根據權利要求3所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性rram存算陣列包含n×m個存算單元；
5.根據權利要求1所述的一種能識別物體軟硬度的柔性觸覺系統，其特征在于，所述柔性觸覺傳感器陣列為薄膜壓力傳感器陣列，所述薄膜壓力傳感器陣列集成在柔性fpc板上。
<...【專利技術屬性】
技術研發人員：張鋒，孫小凡，耿玓，張帥迪，唐煒燁，
申請(專利權)人：中國科學院微電子研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。