[发明专利]一种基于接触力信息的图像力触觉检测装置及再现方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于人机交互技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

本发明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：

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；

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。

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。

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。

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：

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；

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；

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；

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；

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。