[发明专利]基于双目视觉的高分辨率视触觉传感器及点云生成方法

说明书

本发明属于触觉传感器领域，具体涉及了一种基于双目视觉的高分辨率视触觉传感器及点云生成方法，旨在解决现有视触觉传感器结构要求高、定位精度低、分辨率低的问题。本发明包括：第一凝胶层和带有标记点阵列、接触层的第二凝胶层构成的接触凝胶层，接触凝胶层与支撑框架构成中空腔体，双目相机设置于该中空腔体，并且其共享视域为接触凝胶层位于中空腔体内的区域，光源为中空腔体提供照明；基于该视触觉传感器，进行高分辨率触觉点云生成，包括图像预处理、标记点检测与跟踪、基于结构的标记点立体匹配和计算触觉点云。本发明结构要求低、定位精度高，可获得高分辨率(高于1mm)的触觉点云，对机器人灵巧精准操作任务具有潜在的应用价值。

技术领域

本发明属于触觉传感器领域，具体涉及了一种基于双目视觉的高分辨率视触觉传感器及方法。

背景技术

触觉感知是机器人获取外部信息的重要组成部分，赋予机器人触觉对于机器人的操作技能学习具有非常重要的意义。国内外设计了许多不同的触觉传感与感知系统，用于机器人感知和操作任务，比如物体特性识别、滑动检测、抓取稳定性评估、机械手的灵巧操作等。根据传感器的原理和形状，用在指尖上的触觉传感器可以被大致分为3类：触觉阵列、仿生指尖和视触觉传感器。由于空间分辨率有限，触觉阵列和仿生指尖很难实现对小物体的高精度定位；而视触觉传感器可以获得高分辨率的触觉信息。

近年来，视触觉传感器非常流行，其基本原理是物体接触使传感器上的弹性材料产生形变，然后通过相机记录该形变以测量接触力的变化。与其他类型的触觉传感器相比，视触觉传感器通常在分辨率、灵敏度和制造成本等方面更有优势。

像FingerVision和TacTip这样的视触觉传感器可以通过单目相机捕捉弹性体层的视觉变化来获得多模态触觉信息，但不能获得触觉深度信息，这给精细的指尖触觉感知带来了阻碍。目前，主流的视触觉传感器是GelSight传感器，它使用光度立体算法重建深度信息，可以直接获得密集的触觉点云，已经成功应用到USB插口定位和插入、目标点云跟踪、操作缆绳等任务中。但是GelSight对光源结构要求高，而且需要特定的标定件进行颜色校准，给传感器制造和三维重建精度的保证带来了阻碍。

综上所述，本领域仍需要对视触觉传感器进行研究，以产生制造容易、触觉信息分辨率高、定位精度高的视触觉传感器，应用于机器人的灵巧操作任务。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即现有视触觉传感器结构要求高或分辨率低的问题，本发明提供了一种基于双目视觉的高分辨率视触觉传感器，该视触觉传感器包括接触凝胶层、支撑框架、双目相机和光源；

所述接触凝胶层包括第一凝胶层、第二凝胶层和接触层，所述第一凝胶层下表面和第二凝胶层上表面之间设置有透明隔板，所述第二凝胶层下表面设置有通过水印纸转印的标记点阵列，所述接触层为喷涂在所述标记点阵列上的涂层；

所述接触凝胶层与所述支撑框架构成中空腔体，所述双目相机设置于所述中空腔体，所述双目相机的共有视域覆盖第一区域；所述第一区域为所述接触凝胶层位于所述中空腔体内的区域；

所述光源为所述中空腔体提供照明。

在一些优选的实施例中，所述第一凝胶层、第二凝胶层，采用硬度15A的透明凝胶材料按照AB组分1:1比例混合后，在凝胶模具中凝固24小时获取。

在一些优选的实施例中，所述接触层，采用硅胶粘合剂、银硅胶色素和稀释剂按照1:1:3比例混合获得喷涂材料，通过喷枪将所述喷涂材料喷涂在所述标记点阵列上获取。

在一些优选的实施例中，所述标记点阵列，其空间分辨率高于设定第一阈值，所述第一阈值为1mm。

在一些优选的实施例中，所述双目相机，其立体标定过程中采用凝胶标定板，所述凝胶标定板，采用硬度15A的透明凝胶材料按照AB组分1:1比例混合后，在凝胶模具中凝固24小时，并通过水印纸转印标定棋盘图案获取。