[發(fā)明專利]用于測(cè)量夾持安全性的基于摩擦力的觸覺(jué)傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880059924.5
• 申請(qǐng)日: 2018-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111093914B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: S·J·雷蒙德;H·哈米斯;B·夏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 肯塔泰爾私人有限公司
• 主分類號(hào): B25J13/08
• 分類號(hào): B25J13/08;G01L5/22;G01L5/16;B25J19/02
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 向慶寧;黃夏

一種用于評(píng)估夾持安全性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：接觸表面，其具有至少第一接觸表面區(qū)域和第二接觸表面區(qū)域，所述第一接觸表面區(qū)域被配置為對(duì)滑移的抵抗能力小于所述第二接觸表面區(qū)域；傳感器，其用于檢測(cè)所述第一接觸區(qū)域中的滑移。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及用于測(cè)量夾持安全性的裝置和方法以及用于改善夾持安全性的裝置和方法。

背景技術(shù)

使用機(jī)器人夾持器握持和舉起物體是艱巨的任務(wù)。機(jī)器人夾持器不具備人手檢測(cè)關(guān)于物體和接觸界面的有價(jià)值信息的能力。在大多數(shù)情況下，夾持器沒(méi)有任何觸覺(jué)反饋。那些確實(shí)具有觸覺(jué)反饋的夾持器通常測(cè)量一個(gè)特征，例如夾持力，或者檢測(cè)物體相對(duì)于握持處的滑移。盡管機(jī)器人和假肢夾持器設(shè)計(jì)不斷發(fā)展，以試圖模仿人手的靈巧性，但是仍遠(yuǎn)未達(dá)到可比的性能。

觸覺(jué)感測(cè)領(lǐng)域是熱門領(lǐng)域并旨在填補(bǔ)這一空白；然而，現(xiàn)有的大多數(shù)觸覺(jué)傳感器都集中于確定界面處的法向力和切向力。盡管這些量很重要，但是當(dāng)然還有其他觸覺(jué)參數(shù)對(duì)于靈巧操縱也很重要。兩個(gè)這樣的參數(shù)是靜摩擦系數(shù)(μ_s)以及初始滑移的發(fā)生和程度。

接觸界面的靜摩擦系數(shù)有助于確定固持特定重量(切向力)的物體所需的最小夾持力(法向力)。在某些夾持姿勢(shì)中，如果準(zhǔn)確地估計(jì)靜摩擦系數(shù)并且可以測(cè)量切向力，則可以調(diào)整夾持力(法向力)以牢固地固持物體。

文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)道了用于測(cè)量靜摩擦系數(shù)以及初始滑移的發(fā)生和程度的許多觸覺(jué)傳感器，然而，這些傳感器中的許多傳感器具有以下一個(gè)或多個(gè)局限性：

(i)在嘗試夾持物體之前需要先對(duì)物體進(jìn)行探查，

(ii)在獲得靜摩擦系數(shù)測(cè)量值之前，在操縱期間發(fā)生顯著的滑移，

(iii)在變化的摩擦條件下無(wú)法提供靜摩擦系數(shù)的連續(xù)測(cè)量值，以及

(iv)需要持續(xù)監(jiān)測(cè)法向力和切向力。

在本公開(kāi)內(nèi)，這些問(wèn)題中的一些問(wèn)題可以得到解決或緩解，或者可以提供至少一種替代方案。

測(cè)量靜摩擦系數(shù)的替代方案是檢測(cè)初始滑移并在此類事件發(fā)生后調(diào)整夾持力。初始滑移被定義為在接觸界面的局部區(qū)域上發(fā)生的相對(duì)位移，而總滑移涉及整個(gè)接觸界面上的相對(duì)位移。然而，盡管文獻(xiàn)中報(bào)道了許多滑移傳感器，但是目前，仍然沒(méi)有用于人工感知滑移的主導(dǎo)成熟技術(shù)。

因此，如果裝置能夠在夾持仍牢固的同時(shí)準(zhǔn)確地檢測(cè)到初始滑移，由此在經(jīng)歷完全失去夾持之前能夠進(jìn)行力調(diào)制，則對(duì)所屬領(lǐng)域?qū)⑹怯欣摹?/p>

MIT研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種用于檢測(cè)初始滑移的裝置，被稱為GelSight。該裝置利用透明的硅酮和相機(jī)通過(guò)跟蹤刻在硅酮上的圓點(diǎn)圖案的移動(dòng)來(lái)測(cè)量接觸區(qū)域上的滑移。然而，由于該裝置使用平坦且連續(xù)的表面，因此該裝置檢測(cè)初始滑移的能力受到限制。平坦表面限制了在接觸界面上建立壓差，因此限制了牽引力差。彈性體感測(cè)材料的連續(xù)本質(zhì)阻礙了感測(cè)界面的不同局部區(qū)域之間的移動(dòng)的獨(dú)立性，這進(jìn)一步阻礙初始滑移的發(fā)生。GelSight傳感器還限于感測(cè)相對(duì)低頻的觸覺(jué)事件，因?yàn)樵搨鞲衅饕蕾囉谝曨l流的圖像處理以便檢測(cè)硅酮在接觸界面處的移動(dòng)。

對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，另外有利的是觸覺(jué)傳感器裝置不管其接觸的材料如何都能夠可靠地檢測(cè)并發(fā)信號(hào)通知即將發(fā)生的滑移同時(shí)估計(jì)摩擦力的。

應(yīng)當(dāng)理解，如果在本文中引用了任何現(xiàn)有技術(shù)，則此類引用并不承認(rèn)所述現(xiàn)有技術(shù)在澳大利亞或任何其他國(guó)家形成了所屬領(lǐng)域公知常識(shí)的一部分。

發(fā)明內(nèi)容

公開(kāi)了一種用于評(píng)估夾持安全性的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：接觸表面,其具有至少第一接觸表面區(qū)域和第二接觸表面區(qū)域，所述第一接觸表面區(qū)域被配置為對(duì)滑移的抵抗能力小于所述第二接觸表面區(qū)域。所公開(kāi)系統(tǒng)還包括用于檢測(cè)所述第一接觸區(qū)域中的滑移的傳感器。在一些形式中，所述接觸表面是可變形的。