[發(fā)明專利]觸覺傳感器及具有該觸覺傳感器的機器人在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110388644.2 | 申請日： | 2021-04-12 |
| 公開（公告）號： | CN113049166A | 公開（公告）日： | 2021-06-29 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 姜峣;張倫瑋;李鐵民 | 申請（專利權(quán)）人： | 清華大學(xué) |
| 主分類號： | G01L5/16 | 分類號： | G01L5/16;G01L1/24;B25J13/08 |
| 代理公司： | 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018 | 代理人： | 郭同義;鄭紅娟 |
| 地址： | 100084*** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 觸覺 傳感器 具有 機器人 | ||
本申請公開了一種觸覺傳感器及具有該觸覺傳感器的機器人，該觸覺傳感器包括殼體單元、觸體單元、圖像采集單元、反射單元和光源單元；其中，在殼體單元的表面設(shè)有觸體單元，觸體單元包括外露的軟體層和設(shè)于軟體層內(nèi)部的辨識圖案層，然后，在殼體單元中空狀的內(nèi)部設(shè)有圖像采集單元、反射單元和光源單元，光源的發(fā)出的光線照射到該辨識圖案層，然后，光線從辨識圖案層經(jīng)至少兩路采集光路交匯于圖像采集頭，該至少兩路采集光路中至少包括一個經(jīng)過反射單元反射的反射光路；即，通過辨識圖案層、光源、光路等的設(shè)置，僅使用單個圖像采集單元就能夠得到辨識圖案層的三維形貌進而能夠得到三維受力，解決了現(xiàn)有觸覺傳感器感知信息單一的技術(shù)問題。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種觸覺傳感器及具有該觸覺傳感器的機器人。
背景技術(shù)
觸覺是人體的重要感覺之一。例如，在人手與物體的接觸過程中，人們可以依靠人手的觸覺感知諸如接觸分布力、物體的表面形貌、粗糙度、軟硬程度等，進而，人們可以依靠觸覺提供的豐富信息對物品的抓取、移動等操作起到指導(dǎo)作用。
隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，機器人在生產(chǎn)線、自動化倉庫等可預(yù)知的結(jié)構(gòu)化場景中已大規(guī)模普及；但是，其在例如家用、陪護等具有不確定性的非結(jié)構(gòu)化場景的應(yīng)用確受到了限制。一個重要的原因在于，在上述非結(jié)構(gòu)化場景中，機器人通常需要觸覺傳感器采集數(shù)據(jù)信息，然后，機器人再根據(jù)該數(shù)據(jù)信息對應(yīng)做出各種操作；然而，現(xiàn)有的觸覺傳感器普遍存在感知信息單一的技術(shù)問題，例如僅能感受一個方向的受力情況，致使該觸覺傳感器難以滿足機器人在上述非結(jié)構(gòu)化場景中實際應(yīng)用的需求。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題的至少一個方面，本申請實施例提供了一種觸覺傳感器及具有該觸覺傳感器的機器人，該觸覺傳感器包括殼體單元、觸體單元、圖像采集單元、反射單元和光源單元；其中，在殼體單元的表面設(shè)有觸體單元，觸體單元包括外露的軟體層和設(shè)于軟體層內(nèi)部的辨識圖案層，然后，在殼體單元中空狀的內(nèi)部設(shè)有圖像采集單元、反射單元和光源單元，光源的發(fā)出的光線照射到該辨識圖案層，然后，光線從辨識圖案層經(jīng)至少兩路采集光路交匯于圖像采集頭，該至少兩路采集光路中至少包括一個經(jīng)過反射單元反射的反射光路；
即，本實施例中，該觸體單元、反射單元和圖像采集單元之間被配置為，圖像采集頭能夠同時觀察到辨識圖案層的至少兩個圖像，并且，其中至少一個為反射的圖像；這樣，能夠理解，對于該至少兩個圖像，相當(dāng)于圖像采集頭分別從至少兩個不同的位置觀察辨識圖案層得到；進而，根據(jù)雙目相機三維測量的原理，由該至少兩個圖像即可構(gòu)建該辨識圖案層的三維視圖模型，再根據(jù)該三維視圖模型在受力前后的變化即可求解觸體單元上的三維受力分布；
也就是說，本實施例中，一方面，通過辨識圖案層、光源、光路等的設(shè)置，將辨識圖案層受力的位移變量轉(zhuǎn)換為圖像變量進行可視化呈現(xiàn)；另一方面，引入雙目相機的成像原理，并通過至少兩個采集光路的設(shè)置，僅使用單個圖像采集單元就能夠得到辨識圖案層的三維形貌；從而通過對該辨識圖案層三維形貌的實時計算及分析，即可得到作用于辨識圖案層的三維位移場和三維分布力；解決了現(xiàn)有觸覺傳感器感知信息單一的技術(shù)問題，實現(xiàn)了擴大觸覺傳感器的信息獲取維度、提高觸覺傳感器的信息感知密度，提高觸覺傳感器的集成度和測量準(zhǔn)確性的技術(shù)效果。
本申請實施例公開了一種觸覺傳感器，所述觸覺傳感器包括：
殼體單元，所述殼體單元呈封閉的中空狀結(jié)構(gòu)，所述殼體單元不透光；
觸體單元，裝設(shè)于所述殼體單元的表面，所述觸體單元包括外露于所述殼體單元的軟體層，所述軟體層的內(nèi)部附有辨識圖案層；
圖像采集單元，裝設(shè)于所述殼體單元，所述圖像采集單元具有朝向所述殼體單元內(nèi)部的圖像采集頭；
反射單元，裝設(shè)于所述殼體單元的內(nèi)部；
其中，所述殼體單元內(nèi)部還設(shè)有光源單元，所述光源單元發(fā)出的光線照射到所述辨識圖案層；
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