[發(fā)明專利]基于雙目視覺的高分辨率視觸覺傳感器及點云生成方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110899809.2 | 申請日： | 2021-08-06 |
| 公開（公告）號： | CN113624371B | 公開（公告）日： | 2022-07-22 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王碩;崔少偉;張超凡;胡靜怡;王睿;張少林 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院自動化研究所 |
| 主分類號： | G01L1/24 | 分類號： | G01L1/24;G06T7/292;G06K9/62;G06V10/74 |
| 代理公司： | 北京市恒有知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11576 | 代理人： | 郭文浩;尹文會 |
| 地址： | 100190 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 雙目 視覺 高分辨率 觸覺 傳感器 生成 方法 | ||
本發(fā)明屬于觸覺傳感器領(lǐng)域，具體涉及了一種基于雙目視覺的高分辨率視觸覺傳感器及點云生成方法，旨在解決現(xiàn)有視觸覺傳感器結(jié)構(gòu)要求高、定位精度低、分辨率低的問題。本發(fā)明包括：第一凝膠層和帶有標(biāo)記點陣列、接觸層的第二凝膠層構(gòu)成的接觸凝膠層，接觸凝膠層與支撐框架構(gòu)成中空腔體，雙目相機設(shè)置于該中空腔體，并且其共享視域為接觸凝膠層位于中空腔體內(nèi)的區(qū)域，光源為中空腔體提供照明；基于該視觸覺傳感器，進(jìn)行高分辨率觸覺點云生成，包括圖像預(yù)處理、標(biāo)記點檢測與跟蹤、基于結(jié)構(gòu)的標(biāo)記點立體匹配和計算觸覺點云。本發(fā)明結(jié)構(gòu)要求低、定位精度高，可獲得高分辨率(高于1mm)的觸覺點云，對機器人靈巧精準(zhǔn)操作任務(wù)具有潛在的應(yīng)用價值。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于觸覺傳感器領(lǐng)域，具體涉及了一種基于雙目視覺的高分辨率視觸覺傳感器及方法。
背景技術(shù)
觸覺感知是機器人獲取外部信息的重要組成部分，賦予機器人觸覺對于機器人的操作技能學(xué)習(xí)具有非常重要的意義。國內(nèi)外設(shè)計了許多不同的觸覺傳感與感知系統(tǒng)，用于機器人感知和操作任務(wù)，比如物體特性識別、滑動檢測、抓取穩(wěn)定性評估、機械手的靈巧操作等。根據(jù)傳感器的原理和形狀，用在指尖上的觸覺傳感器可以被大致分為3類：觸覺陣列、仿生指尖和視觸覺傳感器。由于空間分辨率有限，觸覺陣列和仿生指尖很難實現(xiàn)對小物體的高精度定位；而視觸覺傳感器可以獲得高分辨率的觸覺信息。
近年來，視觸覺傳感器非常流行，其基本原理是物體接觸使傳感器上的彈性材料產(chǎn)生形變，然后通過相機記錄該形變以測量接觸力的變化。與其他類型的觸覺傳感器相比，視觸覺傳感器通常在分辨率、靈敏度和制造成本等方面更有優(yōu)勢。
像FingerVision和TacTip這樣的視觸覺傳感器可以通過單目相機捕捉彈性體層的視覺變化來獲得多模態(tài)觸覺信息，但不能獲得觸覺深度信息，這給精細(xì)的指尖觸覺感知帶來了阻礙。目前，主流的視觸覺傳感器是GelSight傳感器，它使用光度立體算法重建深度信息，可以直接獲得密集的觸覺點云，已經(jīng)成功應(yīng)用到USB插口定位和插入、目標(biāo)點云跟蹤、操作纜繩等任務(wù)中。但是GelSight對光源結(jié)構(gòu)要求高，而且需要特定的標(biāo)定件進(jìn)行顏色校準(zhǔn)，給傳感器制造和三維重建精度的保證帶來了阻礙。
綜上所述，本領(lǐng)域仍需要對視觸覺傳感器進(jìn)行研究，以產(chǎn)生制造容易、觸覺信息分辨率高、定位精度高的視觸覺傳感器，應(yīng)用于機器人的靈巧操作任務(wù)。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即現(xiàn)有視觸覺傳感器結(jié)構(gòu)要求高或分辨率低的問題，本發(fā)明提供了一種基于雙目視覺的高分辨率視觸覺傳感器，該視觸覺傳感器包括接觸凝膠層、支撐框架、雙目相機和光源；
所述接觸凝膠層包括第一凝膠層、第二凝膠層和接觸層，所述第一凝膠層下表面和第二凝膠層上表面之間設(shè)置有透明隔板，所述第二凝膠層下表面設(shè)置有通過水印紙轉(zhuǎn)印的標(biāo)記點陣列，所述接觸層為噴涂在所述標(biāo)記點陣列上的涂層；
所述接觸凝膠層與所述支撐框架構(gòu)成中空腔體，所述雙目相機設(shè)置于所述中空腔體，所述雙目相機的共有視域覆蓋第一區(qū)域；所述第一區(qū)域為所述接觸凝膠層位于所述中空腔體內(nèi)的區(qū)域；
所述光源為所述中空腔體提供照明。
在一些優(yōu)選的實施例中，所述第一凝膠層、第二凝膠層，采用硬度15A的透明凝膠材料按照AB組分1:1比例混合后，在凝膠模具中凝固24小時獲取。
在一些優(yōu)選的實施例中，所述接觸層，采用硅膠粘合劑、銀硅膠色素和稀釋劑按照1:1:3比例混合獲得噴涂材料，通過噴槍將所述噴涂材料噴涂在所述標(biāo)記點陣列上獲取。
在一些優(yōu)選的實施例中，所述標(biāo)記點陣列，其空間分辨率高于設(shè)定第一閾值，所述第一閾值為1mm。
在一些優(yōu)選的實施例中，所述雙目相機，其立體標(biāo)定過程中采用凝膠標(biāo)定板，所述凝膠標(biāo)定板，采用硬度15A的透明凝膠材料按照AB組分1:1比例混合后，在凝膠模具中凝固24小時，并通過水印紙轉(zhuǎn)印標(biāo)定棋盤圖案獲取。
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