一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法，所述检测装置包括底座、衬底硅胶垫、薄膜力传感器、表面硅胶垫和EVA海绵垫；所述底座与机器人的末端法兰盘固定安装，底座侧边设置有多个图像传感器，图像传感器用于采集被测物体的表面图像信息；所述衬底硅胶垫、薄膜力传感器、表面硅胶垫和EVA海绵垫依次层叠固定于底座下表面，EVA海绵垫通过接触形变感知被测物体的表面形状，并将形变压力传导至薄膜力传感器上，薄膜力传感器用于检测不同部位的形变压力值。本发明专利技术提出的检测装置结构紧凑，能够通过接触力信息准确表达被测物体表面的形状信息，基于该信息引导的图像力触觉再现方法有效提高了图像特征的提取质量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法


[0001]本专利技术属于人机交互
，具体涉及一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法。

技术介绍

[0002]力触觉人机交互技术是虚拟现实中人机交互的重要组成部分，他通过模拟人类对真实物体的力觉感受过程，将虚拟环境中的力触觉信息真实的反馈给人，极大的提高了虚拟交互性和临场感程度。而图形作为三维场景在二维照相机成像平面上的投影，保留了物体表面丰富的信息，因此，基于图像的力触觉再现技术吸引了研究者们的广泛关注。
[0003]二维图像中包含了三维几何形状信息、二维图案信息和细节纹理信息等。对二维图像所携带的各种信息进行力触觉再现，然后通过力触觉再现设备反馈给操作者。图像特征的提取是图像力触觉再现的首要步骤，也是决定力触觉模型和力触觉再现效果的关键步骤。但当前单纯依靠图像的颜色信息来进行力触觉建模，虽然计算较为简单，但容易受到图像本身的各种参数的影响。基于力传感器矩阵能够检测物体的表面形状信息，但是由于力传感器矩阵的分辨率受力传感器的大小限制，无法检测出物体的表面纹理信息。为解决以上问题，亟待提出一种结构紧凑，能够提高图像力触觉再现中图像特征提取质量的装置及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法，采用以下技术方案：
[0005]一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置，包括底座、衬底硅胶垫、薄膜力传感器、表面硅胶垫和EVA海绵垫；
[0006]所述底座与机器人的末端法兰盘固定安装，底座侧边设置有多个图像传感器，图像传感器用于采集被测物体的表面图像信息；
[0007]所述衬底硅胶垫、薄膜力传感器、表面硅胶垫和EVA海绵垫依次层叠固定于底座下表面，EVA海绵垫通过接触形变感知被测物体的表面形状，并将形变压力传导至薄膜力传感器上，薄膜力传感器用于检测不同部位的形变压力值。
[0008]进一步地，所述底座为正方形结构，其每条边的中心位置处均设置有外凸的槽型结构，图像传感器A、图像传感器B、图像传感器C和图像传感器D分别安装于每条边的槽型结构中。
[0009]进一步地，所述薄膜力传感器为矩阵形式，其检测范围包括EVA海绵垫的形变感知范围。
[0010]一种基于所述检测装置的图像力触觉再现方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1：控制机器人运动到被测物体的上侧，通过多个图像传感器从不同角度采集被测物体的表面图像信息，并通过图像融合算法将采集到表面图像信息拼接为一张能够反
映被测物体表面信息的完整图像；
[0012]步骤2：控制机器人向被测物体移动，使检测装置的EVA海绵垫与被测物体接触并产生形变，获取薄膜力传感器检测到的不同部位的形变压力值；
[0013]步骤3：获取步骤1中完整图像的坐标系与薄膜力传感器坐标系的转换关系，将被测物体不同部位对EVA海绵垫产生的形变压力值与完整图像中的被测物体表面部位相对应；
[0014]步骤4：将步骤1中得到的完整图像通过图像处理算法得到图像深度信息，并结合薄膜力传感器检测到的不同部位的形变压力值，得到被测物体表面的三维形状信息；
[0015]步骤5：利用被测物体表面的三维形状信息，通过力反馈设备使人感知被测物体表面的形状。
[0016]本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出的图像力触觉检测装置结构紧凑，能够通过接触力信息准确表达被测物体表面的形状信息；(2)通过接触力信息引导图像力触觉再现，有效提高了图像特征的提取质量。
附图说明
[0017]图1为本专利技术检测装置的应用系统图；
[0018]图2为本专利技术检测装置的结构示意图；
[0019]图3为本专利技术检测装置检测被测物体的示意图；
[0020]图4为本专利技术检测装置中薄膜力传感器的示意图；
[0021]图5为被测物体为球型物体时EVA海绵垫的形变示意图；
[0022]图6为被测物体为圆柱形物体时EVA海绵垫的形变示意图；
[0023]其中，101
‑
机器人，102
‑
图像力触觉检测装置，103
‑
被测物体，201
‑
底座，202
‑
图像传感器A，203
‑
图像传感器B，204
‑
图像传感器C，205
‑
图像传感器D，206
‑
衬底硅胶垫，207
‑
薄膜力传感器，208
‑
表面硅胶垫，209
‑
EVA海绵垫。
具体实施方式
[0024]现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。
[0025]本专利技术提出的一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置的应用系统如图1所示，检测装置102用于获取被测物体103的表面图像以及其表面的力觉信息，检测装置102安装在机器人101的末端法兰盘上，通过螺丝固定连接。
[0026]如图2和图3所示，检测装置102主要包含装置底座201、四个图像传感器(202、203、204和205)、衬底硅胶垫206、薄膜力传感器207、表面硅胶垫208、EVA海绵垫209。其中，装置底座201与机器人101的末端法兰盘固定安装，装置底座201为正方形结构，每个边的中心位置均有一个长方形的槽，图像传感器202、203、204、205分别安装在装置底座的长方形槽内，用于采集被测物体103的表面图像信息。衬底硅胶垫206胶装在装置底座201的底侧表面，薄膜力传感器207胶装在衬底硅胶垫206上。如图4所示，薄膜力传感器207为矩阵形式，能够检测多点的接触力信息，在薄膜力传感器207的表面再胶装一层表面硅胶垫208，EVA海绵垫209胶装在表面硅胶垫208上。
[0027]如图5和图6所示，当检测装置102检测的被测物体103为球形时，EVA海绵垫209的
表面形成一个半球形凹陷。而当被测物体103为圆柱形时，EVA海绵垫209的表面形成一个半圆柱形凹陷；在薄膜力传感器207上所产生的压力也不同。
[0028]本专利技术还提供了一种基于接触力信息的图像力触觉再现方法，其主要步骤如下：
[0029]步骤1：控制机器人101运动到被测物体103的上侧，由于单个图像传感器的视角受限，需要通过四个图像传感器(202、203、204、205)采集被测物体103的表面图像信息，并通过图像融合算法，将四张不同的图像融合成一张图像。
[0030]步骤2：控制机器人101向被测物体103运动，被测物体103的表面形状会引起EVA海绵垫209的变形，从而将力传导到薄膜力传感器207上，通过单片机等嵌入式设备获取薄膜力传感器207感应的力的值，该值与被测物体103表面的凹凸情况有关，当被测物体103的表面凸起，则薄膜力传感器207中对应的数值越大，相反则越小。
[0031]步骤3：本专利技术的图像传感器与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置，其特征在于，包括底座(201)、衬底硅胶垫(206)、薄膜力传感器(207)、表面硅胶垫(208)和EVA海绵垫(209)；所述底座(201)与机器人(101)的末端法兰盘固定安装，底座侧边设置有多个图像传感器，图像传感器用于采集被测物体(103)的表面图像信息；所述衬底硅胶垫(206)、薄膜力传感器(207)、表面硅胶垫(208)和EVA海绵垫(209)依次层叠固定于底座(201)下表面，EVA海绵垫(209)通过接触形变感知被测物体(103)的表面形状，并将形变压力传导至薄膜力传感器(207)上，薄膜力传感器(207)用于检测不同部位的形变压力值。2.如权利要求1所述的一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置，其特征在于，所述底座(201)为正方形结构，其每条边的中心位置处均设置有外凸的槽型结构，图像传感器A(202)、图像传感器B(203)、图像传感器C(204)和图像传感器D(205)分别安装于每条边的槽型结构中。3.如权利要求1所述的一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置，其特征在于，所述薄膜力传感器(207)为矩阵形式，其检测范围包括EVA...

【专利技术属性】
技术研发人员：田磊，乔贵方，钱夔，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：