光学式触觉传感器制造技术

一种光学式触觉传感器，其能进行大面积力矢量分布测量。提供一种用于能进行大面积力矢量分布测量的信息综合方法。该光学式触觉传感器具有：触觉部，其由透明弹性体和设置在该透明弹性体内的多个标志构成；多个摄影装置，其在物体接触到了该透明弹性体的触觉面时对标志动作进行摄影并取得标志图像。图像综合方法具有：取得部分图像步骤，其通过该多个摄影装置的各摄影装置，使各摄影装置具有重复摄影区域地来摄影该透明弹性体的部分区域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ；综合部分图像步骤，其使该重复摄影区域内的同一标志一致地把由各摄影装置取得的部分图像进行综合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学式触觉传感器，理想是涉及在比较大的区域内求得力的施加方法所使用的触觉传感器。
技术介绍
在考虑通过触觉传感器来了解接触面的接触状态时，加在接触面各点上的力是具有大小和方向的三个分量的矢量。在图1的座标系中把它表示为f(x，y)。其中由于f是矢量，所以实际上在各点中具有x、y、z这三个分量。在把各自的分量明确进行表示时，则表示为f(x，y)＝。由于力分布在各接触点具有三分量，所以，为了通过触觉传感器而把接触面的力分布进行再构成时，至少对于接触面的各点必须得到大于或等于三个的自由度的信息。本申请的专利技术者等提案有能测量三维矢量分布的光学式触觉传感器。该光学式触觉传感器的原理可根据图2进行说明。光学式触觉传感器是使用透明弹性体1和CCD照相机的结构。通过把配置在透明弹性体内部的球状标志3、4由CCD照相机进行摄影，来测量向弹性体表面加力时弹性体内部的变形信息，再构筑力的分布。把弹性体表面取为xy平面，把垂直方向取为z轴，通过使用CCD照相机从z方向对球状标志进行摄影，把加力时测量点的移动作为xy平面方向的移动矢量来进行测量。为了根据标志的变形信息来再构筑力矢量分布，在弹性体内部不同的深度把红色球状标志、兰色球状标志作为测量点，通过分别配置N×N个，来求出两个深度不同的二维移动矢量，通过把其作为各自不同的信息处理来增加信息量而求出力矢量分布。作为这种光学式触觉传感器的用途，当初是考虑适用于人型机器人的的机器人手适等，作为光学式触觉传感器的应用是以小型组装型传感器作为中心来研究的。但这种光学式触觉传感器，其在能测量立体力矢量分布的同时，其传感器面是由弹性体构成的，所以不仅是机器人手，还期待其在各个领域中的应用。其中之一能举出把光学式触觉传感器作为所谓的环境型触觉传感器使用。本说明书中，对于组装在机器人手等中使用的组装型触觉传感器，把在环境中固定使用的触觉传感器叫做环境型触觉传感器。但在环境中固定使用的环境型触觉传感器中，由于是假想把传感器适用于例如椅子的座面、床铺、地面等，所以考虑需要进行大面积力分布测量，把向机器人手等的组装作为前提的现有的小型光学式触觉传感器不能被原封不动地适用。专利文献1国际公开公报WO02/18893A1。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能进行大面积力分布测量的光学式触觉传感器。本专利技术的其它目的在于提供一种用于能进行大面积力分布测量的标志信息取得方法和标志图像综合方法。本专利技术的又其它目的在于提供一种能进行大面积力分布测量的光学式触觉传感器中的力矢量再构筑法。本专利技术是为了解决该课题而开发的，本光学式触觉传感器具有触觉部，其由透明弹性体和设置在该透明弹性体内的多个标志构成；摄影设备，其在物体接触到该透明弹性体的触觉面(接触面)时对标志的动作进行摄影并取得标志图像，该摄影设备由多个摄影装置构成，且该多个摄影装置的各摄影装置被设置成通过各摄影装置取得的各摄影区域具有部分重复的重复摄影区域，该光学式触觉传感器还具有把由该多个摄影装置取得的各标志图像进行综合的图像综合装置，该图像综合装置使该重复摄影区域中的同一标志一致地来综合各摄影区域，并生成综合图像。一个理想的形态是，该触觉部是通过组合多个小面积触觉部而构成的大面积触觉部。且“大面积”、“小面积”的表现是相对的，本说明书中的“大面积”是指比组装在机器人手上的触觉部大的意思，“小面积”是指比“大面积”小的意思。作为“大面积”能举例有椅子的座面、床铺面、地面等，当然比它们小的面积也包含在大面积中。更理想的是，触觉传感器具有由一个小面积触觉部和与该小面积触觉部对应的一个摄影设备构成的单元，其通过把该单元组合多个而构成。通过把触觉传感器由传感器单元构成，就能准备具有任意面积的触觉部。本专利技术采用的其它技术手段是一种标志图像的取得方法，其使用的光学式触觉传感器具有触觉部，其由透明弹性体和设置在该透明弹性体内的多个标志构成；摄影设备，其在物体接触到该透明弹性体的触觉面时对标志的动作进行摄影并取得标志图像，该标志图像取得方法，其具有取得部分标志图像步骤，作为该摄影设备而设置多个摄影装置，该取得标志图像步骤通过该多个摄影装置的各摄影装置使各摄影装置具有重复摄影区域地对该透明弹性体的部分区域进行摄影并取得部分标志图像；生成综合标志图像步骤，其使该重复摄影区域内的同一标志一致地来综合由各摄影设备取得的部分标志图像并生成综合标志图像。本专利技术采用的又其它技术手段是一种光学式触觉传感器的标志图像的综合方法，该光学式触觉传感器具有触觉部，其由透明弹性体和设置在该透明弹性体内的多个标志构成；多个摄影装置，其在物体接触到该透明弹性体的触觉面时对标志的动作进行摄影并取得标志图像，该图像综合方法具有取得部分图像步骤，其通过该多个摄影装置的各摄影装置使各摄影装置具有重复摄影区域地对该透明弹性体的部分区域进行摄影并取得部分图像；综合步骤，其使该重复摄影区域内的同一标志一致地来综合由各摄影装置取得的部分图像。作为触觉部的结构，最好该触觉部是由透明弹性体和设置在该弹性体内的多个标志组构成，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色，在物体接触了该弹性体的触觉面时通过摄影设备对该有色标志的动作进行摄影。本专利技术包含使用读出用的标志来进行各摄影设备的校准。本专利技术具有多个摄影装置，需要进行摄影设备的校准，本专利技术作为必须结构要素而具有读出用的标志，能把该标志兼用于校准用标志。且本专利技术还包含使用这种光学式触觉传感器的力矢量再构成法。通过在力矢量的计算中省去有关贡献度低的标志动作的信息来计算力矢量，就缩短了力矢量的计算时间。本专利技术由于是使用多个的摄影设备来取得标志有关动作的信息，所以即使在触觉部面积大的情况下也能良好地进行应对。因此，通过使用本专利技术的传感器就能进行大面积力矢量分布测量，能根据得到的标志信息来求出加在具有大面积的触觉面上的力。且在对各摄影设备取得的图像信息进行综合和各摄影设备的校准中，能利用读出用的标志，能以更少的结构要素来构成传感器。附图说明图1是表示在触觉传感器与接触对象之间产生的力矢量分布的图；图2是光学式触觉传感器的原理图，上图是透明弹性体的平面图(CCD图像)，下图是透明弹性体的侧面图，在透明弹性体中埋设了两种标志组，在有力从下方作用在透明弹性体上时，标志从左图向右图地移动；图3是本专利技术光学式触觉传感器的模式图；图4是说明传感器面大面积化的概略图，左图表示的是由一台CCD照相机和弹性体部构成的一个单元，右图表示的是通过铺满一个单元来进行大面积化；图5是表示把由多个摄影设备取得的图像信息进行综合的方法的图；图6是通过图4所示传感器取得的图像信息的概略图；图7是说明作用在接触表面(平面)上的力矢量与标志移动的图；图8是说明作用在接触表面(自由曲面)上的力矢量与标志移动的图；图9是在力矢量分布的再构成中使用的传递函数制作法的说明图；图10是由被综合的多台照相机所摄影的图像，是力矢量再构筑计算时间缩短法的说明图，在求加在某点上的力时，仅使用位于其附近区域的标志移动信息来计算力；图11是计算缩短法中改善手法的概念图，图中黑球和白球表示力的采样点，黑球表示计算后利用的计算结果；图12是表示增加标志点数的图；图13是表示增加标志本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学式触觉传感器，其具有：触觉部，其由透明弹性体和设置在该透明弹性体内的多个标志构成；摄影设备，其在物体接触到该透明弹性体的触觉面时对标志的动作进行摄影并取得标志图像，其特征在于，该摄影设备由多个摄影装置构成，且该多个摄影装置的各摄影装置被设置成通过各摄影装置取得的各摄影区域具有部分重复的重复摄影区域，该光学式触觉传感器还具有把由该多个摄影装置取得的各标志图像进行综合的图像综合装置，该图像综合装置使该重复摄影区域中的同一标志一致地综合各摄影区域，并生成综合图像。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：馆暲，川上直树，梶本裕之，神山和人，沟田晃一，
申请(专利权)人：株式会社东京大学TLO，
类型：发明
国别省市：JP[日本]