[发明专利]触觉传感器

说明书

一种触觉传感器包括帽，该帽具有顶表面和下表面。下表面包括销，每个具有标记。下表面的一部分可附接至装置。摄像头位于标记的视野中，捕获通过帽的顶表面的弹性变形而处于运动中的标记的图像。处理器接收捕获图像并且通过识别捕获图像当中的图像中测量到的图像位置坐标来确定在捕获图像中标记的相对位置的集合。通过将标记的相对位置的集合与处于运动中的标记的先前学习的相对位置的存储的集合进行比较，使用存储的机器视觉算法来确定作用于顶表面上的净力张量。响应于在处理器中确定的净力张量经由控制器控制装置。

技术领域

本公开涉及触觉感测，并且更具体地，涉及具有附接至弹性体帽的下侧的多个微型机械销的触觉传感器，并且一旦外力施加到顶表面，将力的模式转成可测量的量。

背景技术

机器人用于组装，但正确的组装取决于机器人始终以完全相同的位置和方向夹持零件。错误抓握导致组装失败、零件损坏，并可能损坏夹持器或机器人本身。即使正确地夹持零件，如果接收零件不正确(或零件被污染或变形)，则机器人也将尝试强制组装，产生组装不良、零件损坏、或者机器人或机器人夹持器损坏。出于这个原因，在机器人应用中使用触觉传感器，例如以辅助正确组装以及现代装置的各种任务。

在机器人技术中，触觉传感器在抓住对象时提供关于机器人手与对象之间接触状态的有价值的数据。由机器人手或夹持器抓住对象的动作可以包括用于保证夹持器和待抓握对象之间的稳定抓握的不同的物理效应。例如，一些效应可以包括：(a)冲击效应(即，如通过直接作用在对象上的冲击而物理抓握的钳子)；(b)侵入效应(即，物理地穿透对象表面的针排)；(c)收缩效应(即，施加到对象表面的吸引力，诸如真空效应)；(d)或邻接效应(即，需要直接接触以发生粘合，诸如胶)。

触觉传感器可以识别对象的有无和压力大小，以及对象在包括组件的机器人应用的夹持器中的位置。然而，大多数机器人传感器都基于类似压力传感器的设计，并且仅测量压缩力，而不考虑剪切运动或其他类型的力或压力。在这些方面中，剪切传感器对于检测被抓握对象的运动是有用的。

发明内容

本公开涉及触觉传感，并且更具体地涉及具有附接到弹性体帽的下侧的多个微型机械销的触觉传感器，并且一旦外力施加到帽的外冲击面，微型机械销将力的模转化为可测量的量。

弹性体帽的一些实施方式包括机械挠曲放大销，即，在压力、剪切和扭矩下挠曲的微型机械销(以下称为“销”)。销的每个尖端载有至少一个标记或基准标记，诸如白色或彩色涂料或回射涂料，其中在深色背景下，可以很容易地利用机器视觉算法来跟踪这些标记。可以记录在压力、偏置压力、剪切或扭矩下弹性体帽的挠曲运动，得到与传统触觉传感器的灵敏度水平相比更高的灵敏度水平。事实上，销可以修改为包括远离销延伸的一个或更多个杆臂，即，类似于树状图形或形状；其中在每个杆臂的尖端可以包括至少一个可追踪标记。基于实验，在销上添加一个或更多个杆臂得到比在没有一个或更多个杆臂的销的灵敏度放大水平更高的灵敏度放大水平。因此，一个或更多个杆臂放大了每个销的灵敏度放大水平，得到弹性体帽的更高灵敏度。

与可以仅记录或测量压缩力而不考虑剪切移动或其他类型的力或压力的传统触觉传感器不同，本公开对弹性体帽上的压缩力、剪切、扭矩、挤压和展开力敏感。本公开的实施方式被配置为记录和测量作用于外冲击面上并且导致外冲击面的挠曲运动的力的模式。例如，使用一个或更多个摄像机或网络摄像头记录或测量的力的模式包括外冲击面在压力、偏置压力、剪切力或扭矩力下的挠曲运动。通过非限制性示例，一个或更多个摄像机以倾斜(0至～20)度角或以某个其他角度观察标记或基准标记。本公开的至少一个实施方式包括使用机器视觉算法，该机器视觉算法使用插值(如果需要)将标记运动与标记挠曲的预存储的或预学习的集合进行匹配，以确定弹性体帽的外冲击面上的力的模式或净力张量。