基于编码孔成像技术的触觉传感装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于编码孔成像技术的触觉传感装置，包括：感受单元，编码孔单元，光电转换单元和支撑架结构单元，其中，感受单元设置于最外层，用于将触摸行为产生的物理变化转化光学手段可见的变化；编码孔单元设置于感受单元的内一层，为一个平面或非平面的编码孔径板，编码孔径板上设有一个或多个可选通的点光源，用于通过点光源的切换产生多幅编码孔径图像；光电转换单元设置于最内层，用于将编码孔径图像转化为电信号；支撑架结构单元用于为感受单元、编码孔单元和光电转换单元提供稳定的结构支撑。该触觉传感装置结构简单紧凑，易于加工。

Tactile sensor based on coded hole imaging technology

【技术实现步骤摘要】
基于编码孔成像技术的触觉传感装置
本专利技术涉及触觉传感器
，特别涉及一种基于编码孔成像技术的触觉传感装置。
技术介绍
光学原理的触觉传感器，信息丰富，精度高，具有压觉，滑觉和冷热觉多种传感能力。但相关技术中加工制造工艺复杂，体积相对较大，微型镜头较为精密，不抗震，不抗温度变化等一系列缺点，例如：专利技术专利CNCN201410301656.7“光学柔性二维切向力触觉传感器”，公开了一种由光源层，聚合物柔性传导层和光电探测层的传感器，由2×2的阵列光电探测器的光电流变化，测量二维切向力的大小和方向。但其“二维”信号仅能够表征二维切向力的大小和方向，不能表征触觉张量，更无法采集潮湿觉和冷热觉信息。上海光机所郎海涛等人的论文《一种基于编码孔径成像原理的三维成像方法》中，提出了一种非相干可见光三维成像方法，第一步采用空间位置编码照相机阵列对物体拍照；在第二步中，首先将照相机阵列拍照得到的物体照片根据拍照时的位置关系合成为一幅图像，然后采用计算机程序模拟光学反投影解码方法再现出物体不同深度的表面分层图像。但该方法更适于远距离成像的3D重建，无法在近距离条件下获得清晰的图像，更无法重建相对精确的图像深度信息。专利技术专利CN201210508853.7“一种近距离成像装置”中，包括外壳，照射单元，信号接收单元的装置。其中的照射单元包括发光体和照射透镜，发光体与照射透镜相对设置，信号接收单元包括传感器和信号接收透镜，传感器与信号接收透镜相对设置；所说照射透镜和信号接收透镜置于中继透镜的同一侧，中继透镜另一侧朝向外壳外。该技术方案中一次曝光能够获取多个图像信息，减少图像信息的采样时间，提高成像速度。该结构虽然能有效的实现近距离成像，但照明单元与信号接收单元相对放置，无法在触觉传感器中采用该布置方案，且该方案须采用透镜，增加了系统的不稳定性。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种基于编码孔成像技术的触觉传感装置。为达到上述目的，本专利技术实施例提出了基于编码孔成像技术的触觉传感装置，包括：感受单元，编码孔单元，光电转换单元和支撑架结构单元，其中，所述感受单元设置于最外层，用于将触摸行为产生的物理变化转化光学手段可见的变化；所述编码孔单元设置于所述感受单元的内一层，为一个平面或非平面的编码孔径板，所述编码孔径板上设有一个或多个可选通的点光源，用于通过所述点光源的切换产生多幅编码孔径图像；所述光电转换单元设置于最内层，用于将所述编码孔图像转化为电信号；所述支撑架结构单元，用于为所述感受单元、所述编码孔单元和所述光电转换单元提供稳定的结构支撑。本专利技术实施例的基于编码孔成像技术的触觉传感装置，采用更为精密的微型镜头，结构简单，结构紧凑，易于加工实现，稳定性更高，能够呈现3D图像，且具有计算能力较强的计算设备，编码孔图像重建不会额外增加计算设备的硬件成本。另外，根据本专利技术上述实施例的基于编码孔成像技术的触觉传感装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述物理变化包括物体形变、物体滑移、物体颤动、物体温度或物体潮湿，所述光学手段可见的变化包括形状、位置或颜色。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述感受单元包括硅胶表皮、支撑丝、滑压小体、冷热觉薄膜和潮湿觉毛细管中任一种或多种任意组合方式。可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述感受单元包括硅胶表皮、支撑丝、滑压小体、冷热觉薄膜和潮湿觉毛细管中任一种或多种任意组合方式。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述支撑丝为具有形状记忆特性的金属丝或非金属丝，表面涂覆为黑色或白色两种颜色，在所述感受单元中起到支撑作用，保持所述感受单元的形状，并在接触力作用下，探测所述感受单元的形变。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述滑压小体包括敏感端和指示杆，其中，所述敏感端暴露在所述硅胶表皮外，或由一薄层硅胶表皮覆盖，所述指示杆为扁平截面，方形截面或圆形截面的细杆，表面涂覆为黑色或白色两种颜色，当发生轻微的滑动或压动时，所述敏感端发生移动或转动，带动所述指示杆运动，探测所述滑压小体的移动或转动。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述冷热觉薄膜贴附于所述硅胶表皮较薄处，分为两层，一层为黑白网格纹底膜，另一层为热敏变透明度薄膜，其中，所述热敏变透明度薄膜在触觉传感装置的工作温度范围内，薄膜透明度根据工作温度发生单调变化，探测的黑白网格的对比度变化。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述潮湿觉毛细管包括开漏端，毛细管和毛玻璃指示腔，所述开漏端接触液体后，因毛细现象将液体经毛细管吸入到所述毛玻璃指示腔，所述毛玻璃指示腔的毛玻璃盖板接触液体后，探测的所述毛玻璃指示腔透明度。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述硅胶表皮为所述感受单元的基本结构，所述支撑丝，所述滑压小体，所述冷热觉薄膜和所述潮湿觉毛细管均埋置于所述硅胶表皮中，全部包覆于硅胶表皮中或末端小部分暴露与被触物体接触。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述编码孔单元的编码孔形式采用圆环型编码孔或方格型编码孔，所述编码孔板分为若干区域，不同区域可以采用相同或不同规律排布编码孔。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述编码孔单元中的光源为微型发光二极管，所述微型发光二极管的导线腐蚀或印刷布设在所述编码孔板上，且不影响编码孔板透光布局。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述编码孔单元的基板为绝缘材料镂空制成。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述光电转换单元为一个或多个面阵光电转换器件，其中，采用CCD或CMOS光电转换器件或具有光子计数功能的SiPM平板光电转换器件。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述支撑架结构单元与所述感受单元紧密结合，以保证所述触觉传感装置的密封性能。部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于编码孔成像技术的触觉传感装置的结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的感受单元结构示意图；图3为根据本专利技术一个实施例的编码孔单元结构示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的控制计算单元各功能实现流程图；图5为根据本专利技术一个实施例的控制计算单元中编码孔图像分析功能的实现流程图；图6为根据本专利技术实施例中一种叠加实现三维成像或图像超分辨的示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的基于编码孔成像技术的触觉传感装置。图1是本专利技术一个实施例的基于编码孔成像技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，包括：感受单元，编码孔单元，光电转换单元和支撑架结构单元，其中，/n所述感受单元，设置于最外层，用于将触摸行为产生的物理变化转化光学手段可见的变化；/n所述编码孔单元，设置于所述感受单元的内一层，为一个平面或非平面的编码孔径板，所述编码孔径板上设有一个或多个可选通的点光源，用于通过所述点光源的切换产生多幅编码孔径图像；/n所述光电转换单元，设置于最内层，用于将所述编码孔径图像转化为电信号；以及/n所述支撑架结构单元，用于连接和支撑所述感受单元、所述编码孔单元和所述光电转换单元。/n

【技术特征摘要】
20200316 CN 20201018146231.一种基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，包括：感受单元，编码孔单元，光电转换单元和支撑架结构单元，其中，
所述感受单元，设置于最外层，用于将触摸行为产生的物理变化转化光学手段可见的变化；
所述编码孔单元，设置于所述感受单元的内一层，为一个平面或非平面的编码孔径板，所述编码孔径板上设有一个或多个可选通的点光源，用于通过所述点光源的切换产生多幅编码孔径图像；
所述光电转换单元，设置于最内层，用于将所述编码孔径图像转化为电信号；以及
所述支撑架结构单元，用于连接和支撑所述感受单元、所述编码孔单元和所述光电转换单元。


2.根据权利要求1所述的基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，所述物理变化包括物体形变、物体滑移、物体颤动、物体温度或物体潮湿，所述光学手段可见的变化包括形状、位置或颜色。


3.根据权利要求1所述的基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，所述感受单元包括硅胶表皮、支撑丝、滑压小体、冷热觉薄膜和潮湿觉毛细管中任一种或多种任意组合方式。


4.根据权利要求3所述的基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，所述支撑丝为具有形状记忆特性的金属丝或非金属丝，表面涂覆为黑色或白色两种颜色，在所述感受单元中起到支撑作用，保持所述感受单元的形状，并在接触力作用下，探测所述感受单元的形变。


5.根据权利要求3所述的基于编码孔成像技术的触觉传感装置，其特征在于，所述滑压小体包括敏感端和指示杆，其中，所述敏感端暴露在所述硅胶表皮外，或由一薄层硅胶表皮覆盖，所述指示杆为扁平截面，方形截面或圆形截面的细杆，表面涂覆为黑色或白色两种颜色，当发生轻微的滑动或压动时，所述敏感端发生移动或转动，带动所述指示杆运动，探测所述滑压小体的移动或转动。


6.根据权利要求3所述的基于编码孔成像技术的触觉传...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙富春，何竞择，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11