Тактильное восприятие является важной информацией для человека, воспринимающего мир физически. А тактильное восприятие играет важную роль в повышении эффективности планирования и управления роботом-манипулятором, чтобы выполнять сложные роботизированные манипуляции.

Хотя существовали различные подходы к созданию тактильного датчика , визуально-тактильный датчик становится практическим средством реализации тактильных датчиков, поскольку зрение является недорогим и эффективным источником для предоставления обильной информации. В последние годы, благодаря значительным достижениям в обработке визуальной информации , использование зрения для создания тактильных датчиков стало одной из основных областей исследовательского сообщества.

В исследовании, недавно проведенном исследовательской группой из Школы автоматизации Университета Чунцина, была предложена основа для создания недорогого монокулярного визуально-тактильного датчика для задач манипулирования роботами. Кроме того, они представили метод оценки местоположения контактов. Дизайн имеет низкую стоимость и может быть обработан за очень короткое время, что делает его пригодным для использования в качестве исследовательского исследования в лаборатории. Статья опубликована в журнале Cyborg and Bionic Systems.

В настоящее время основные принципы визуально-тактильных датчиков можно разделить на маркерные зрительно-тактильные датчики (МВТС) и зрительно-тактильные датчики на основе ретрографического зондирования (РСВТС).

MVTS очень легко построить из-за его простой конструкции и отсутствия строгих требований к источнику света. Его точность зависит главным образом от плотности маркеров и минимального разрешения, при котором камера может распознавать маркеры. Сферические маркеры обычно используются для легкого обнаружения. Ключевым моментом является проектирование маркеров и получение пространственного положения каждого маркера.

RSVTS, благодаря методам ретрографического зондирования, может в полной мере использовать все пиксели камеры для получения изображений деформации упругого слоя с высоким разрешением. Поскольку для таких устройств требуется система бесперебойного освещения, камера и свет в таких устройствах обычно заключены в камеру.

Хотя RSVTS помогает достичь высокой точности измерений, требования к системе освещения, эластичному слою и индивидуальному чувствительному компоненту по-прежнему делают копирование этих конструкций дорогостоящим. Таким образом, мотивация этой статьи состоит в том, чтобы предоставить основу для разработки недорогого, простого в сборке визуально-тактильного датчика на основе маркеров.

Чтобы разработанный визуально-тактильный датчик был недорогим и простым в сборке, необходимо, чтобы количество компонентов датчика было как можно меньше, а сложность подготовки каждого компонента была как можно меньше.

Эластичный слой — это то, что называется «кожей», где происходит контакт между объектом и датчиком. Как только объект прижмется к эластичному слою, произойдет геометрическая деформация. Камера является основным компонентом, используемым для обнаружения деформации эластичного слоя посредством изменений в захваченных изображениях. Коннекторы используются для соединения эластичного слоя с камерой и последующего закрепления их на манипуляторе.

Эластичный слой — это то место, где происходит контакт. При длительном использовании этот компонент неизбежно изнашивается и стареет. Поэтому следует рассматривать материалы с такими характеристиками, как износостойкость, простота подготовки, простота замены и низкая стоимость. В этой работе исследователи используют силиконовую смолу в качестве материала эластичного слоя.

Для подготовки эластичного слоя мы предлагаем следующий конвейер: Шаг 1: спроектировать форму. Форма формы определяет форму эластичного слоя. Шаг 2: создайте маркер. Маркер влияет на эффективность обнаружения деформации. Шаг 3: изготовление эластичного слоя. Для получения желаемого эластичного слоя необходимо выполнить ряд процессов, таких как дозирование, смешивание, удаление пузырьков воздуха и отверждение.

После завершения общего дизайна команда приступила к тематическому исследованию , в котором они разработали эластичный слой в форме пальца, аналогичного по длине и размеру дистальным и средним фалангам человеческого пальца. С установкой пальцев робота весь кончик пальца может воспринимать тактильную информацию.

Чтобы максимально упростить форму эластичного слоя, поверхность датчика выполнена в виде соединения полусферы и открытого цилиндра. Метки на упругом слое могут иметь форму купола или сферических координат.

Для изготовления эластичного слоя была изготовлена ​​форма из алюминия. Толщина эластичного слоя определяется внутренним и внешним диаметрами формы, в данном случае формы А диаметром 8,0 и формы Б диаметром 10,0 и 12,0 соответственно. И исследователи использовали вакуумную сушильную печь и весы, чтобы сделать процесс приготовления точным и воспроизводимым.

Авторы напечатали на 3D-принтере разъем для интеграции эластичного слоя с камерой.

Команда также предложила подход на основе маркеров для оценки местоположения контактов с использованием маркеров ARUCO, которые могут одновременно обнаруживать несколько областей контактов.

Текущая работа дала много обнадеживающих результатов, но еще есть возможности для улучшения визуально- тактильных датчиков в следующих аспектах: (1) ВТС, как правило, проще в изготовлении по сравнению с не-ВТС, но система освещения, эластичный слой и настраиваемый сенсорный компонент по-прежнему делает копирование этих конструкций дорогостоящим. (2) Большинство СДС используют плоскую контактную поверхность, что делает их менее конкурентоспособными, чем их аналоги, не являющиеся СДС.

Основные преимущества этого визуально-тактильного датчика заключаются в следующем: во-первых, он поддерживает криволинейную поверхность контактной поверхности и адаптируется к более сложной форме объекта. Во-вторых, прозрачная конструкция корпуса позволяет в полной мере использовать информацию об изображении визуального датчика.

В будущем команда сосредоточится на дальнейшем улучшении разрешения тактильного восприятия, разработав специальный шаблон маркеров. Они также стремятся изучить использование таких датчиков в таких приложениях, как домашние услуги.