[发明专利]扫描式触觉纹理检测装置

说明书

技术领域

本发明属于触觉临场感技术领域，是一种用于检测物体表面纹理状况的物体表面纹理检测装置。 

背景技术

纹理是物体表面的一种物理属性，是物体表面的微观几何形状、粗糙度以及热传导等特性的综合描述。在计算机图形学中，图像纹理是一个位图，反映了物体的颜色模式以及图像灰度上的空间相关性和空间分布特性。在计算机图形学上，纹理是图像的重要视觉特征，通过对图像纹理的分析、映射、重现。描述现实环境，不仅需要视觉图像，更需要触觉感知外部环境。由于现有的人工智能的局限性，在可以预见的相当长一段时间内还不能满足特定环境中的智能设备的安全有效的全自主作业，这使得智能设备的发展方向从早期的全自主方式向有人参与的方向发展，将人的智能同智能设备的自主性能有机的结合起来，形成了现在的遥操作系统。在遥操作领域，将虚拟的或远地的物体的纹理信息再现并作用于操作者手部，不仅可以增强系统的临场感，而且可以帮助操作者识别不同特性的虚拟物体。触觉再现纹理，首先就是要提取物体表面的纹理特性。目前，对纹理触觉信息的检测和再现仅局限于数字图像处理、计算机图形学等研究领域，主要通过纹理的正向映射、反向映射和局部区域映射实现。如果能够把触觉反馈信息真实再现出来并提供给手或者身体的其他部分，那么将会涌现出大量激动人心的应用。例如，研究表明在虚拟环境中提供真实的触觉感觉有助于提高工作效率。操作者可以通过触摸虚拟环境，从中提取有用的信息，并把他们对真实世界感觉的知识应用于其中。一般来说，得到的触觉信息越接近于真实环境，操作者就越能依靠真实世界的知觉，从事虚拟环境中的任务培训，可以类似于目前虚拟驾驶训练。 

触觉感知主要可以划分成两类，一类是滑动触觉感知，另一类是柔性(或刚度)触觉感知。其中，滑动触觉感知是指人对物体表面纹理特性的感知。本发明采用滑动触觉感知，是用于检测物体表面纹理特性的装置。 

关于纹理信息的检测受到人类对纹理本质认识的局限，至今还不能建立纹理的精确模型，所以这方面的研究进展得非常缓慢。目前检测纹理信息最普遍的方法是根据图象处理理论，方法很多，包括统计法、结构法、模型法和空闻/频率域联合分析法等四种。运用彩色图象灰度化、中值滤波、图象二值化等一系列图 象处理手段，抽取图像所反映的材质的纹理信息。统计的方法是最基本的一类方法。典型的有直方图法、差值直方图法、共生矩阵法、Laws纹理能量法等。这类方法般原理简单，易于实现。例如，直方图反应图像的亮度在各个灰度级上出现的概率。灰度值均值的方差表达的是灰度值相对于均值的分布情况，描述了直方图的相对平滑程度，可反映图像中纹理的深浅程度。这种方法不太适合为表面纹理建模，首先，光源条件直接影响图片的拍摄，在不同光源下拍摄的图片提取到的纹理信息会有所不同；其次，提取到的纹理信息是黑白二值图像，不能反映物体表面沟壑的深度信息。卡耐基梅隆大学机器人学院提出用探针在物体表面运动建立物体表面纹理模型。如图1所示，1为待测物体表面，2为针尖运动轨迹，3为探针。探针3垂直于待测物体表面1，并施加一定大小的力使探针3与待测物体表面1接触，并以恒速运动，这样探针3的针尖运动轨迹2可以反映物体表面的极细微凹槽的深度和频度，间接的反映了物体表面的纹理信息。本发明基于此模型提出了一种新型的检测物体表面纹理的装置——扫描式触觉纹理检测装置。 

发明内容

本发明提供一种能够检测到平面信息简单易行的物体表面纹理检测装置。 

本发明采用如下技术方案： 

本发明所述物体表面纹理检测装置的技术方案： 

一种物体表面纹理的扫描检测装置，包括：三维姿态调整台上，在三维姿态调整台的末端连接有笔式纹理检测仪，包括互相连接的笔筒和笔帽，在笔筒内设有电路板固定支架，在电路板固定支架上方设有圆套，在圆套上设有触点力传感器支架，在触点力传感器支架上设有触点力传感器，在触点力传感器的触点上设有探针底盘，在探针底盘固定有探针，在探针上套设有探针导向盘和弹簧，并且，弹簧位于探针底盘与探针导向盘之间，探针导向盘位于笔帽内，探针自笔帽内部延伸至笔帽外部且探针与笔帽滑动连接。 

与现有技术相比，本发明具有如下优点：