本公開(kāi)提供一種傳感器裝置和傳感器系統(tǒng)。傳感器裝置包括：至少一個(gè)視覺(jué)單元；透明的彈性體層，其設(shè)置在至少一個(gè)視覺(jué)單元上；標(biāo)記物，其設(shè)置在彈性體層的背離至少一個(gè)視覺(jué)單元的一側(cè)，并且嵌入在彈性體層中，標(biāo)記物形成為以陣列布置的特定圖案；照明源，其設(shè)置在彈性體層的側(cè)面，并且被配置為對(duì)標(biāo)記物和外部環(huán)境照明；以及柔性的透明保護(hù)層，其設(shè)置在標(biāo)記物和彈性體上。在物體與透明保護(hù)層接觸的情況下，特定圖案變形，至少一個(gè)視覺(jué)單元捕獲變形后的圖案并通過(guò)計(jì)算以得到接觸信息；在外界物體位于傳感器裝置的外部且未與透明保護(hù)層接觸的情況下，至少一個(gè)視覺(jué)單元經(jīng)由不存在標(biāo)記物或者所述標(biāo)記物模糊到可被忽略的區(qū)域捕獲外界物體的圖像。物體的圖像。物體的圖像。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
具有觸覺(jué)感知和近場(chǎng)成像功能的基于視覺(jué)的傳感器
[0001]本公開(kāi)涉及同時(shí)具有觸覺(jué)能力和視覺(jué)能力的光學(xué)傳感器，尤其是用于感測(cè)三維表面變形、三軸力分布和接觸前的近距離接近活動(dòng)的光學(xué)傳感器。
技術(shù)介紹
[0002]基于視覺(jué)的觸覺(jué)傳感器是用于機(jī)器人學(xué)和其他應(yīng)用的人工觸覺(jué)傳感器的一個(gè)分支。一個(gè)典型的應(yīng)用場(chǎng)景是，對(duì)于精細(xì)的機(jī)器人手的操控，諸如力分布的觸摸信息是用于決策執(zhí)行的重要反饋。
[0003]例如電容式、壓電式和壓阻式的傳統(tǒng)觸覺(jué)傳感器，已經(jīng)被研究了很長(zhǎng)時(shí)間，并且基于這些傳感器方法已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一些商業(yè)化的觸覺(jué)傳感器。即使這些類型的觸覺(jué)傳感器的感測(cè)部分也可能薄至亞毫米到幾毫米，但是它們中的大多數(shù)缺乏高空間分辨率。然而，基于視覺(jué)的觸覺(jué)傳感器具有高空間分辨率，例如利用CMOS圖像傳感器的GelSight、GelSlim或TacTip原型。然而，所有這些都在標(biāo)記物后面采用反射層，使得僅標(biāo)記物是可見(jiàn)的，并且因此，傳感器不能感知傳感器前面的場(chǎng)景。同時(shí)，尺寸龐大，并且不能獲得場(chǎng)景中的更多信息(諸如物體的非接觸移動(dòng))。
[0004]為了克服上述挑戰(zhàn)，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N基于視覺(jué)的觸覺(jué)傳感器，用于觸覺(jué)感測(cè)和捕獲接觸表面外部的圖像。本專利技術(shù)采用傳統(tǒng)的單視覺(jué)單元成像方法或采用針孔陣列或透鏡陣列的多視覺(jué)單元，實(shí)現(xiàn)了一種多功能傳感器。它不僅表現(xiàn)出高空間密度的力分布映射能力，而且還表現(xiàn)出接觸表面外部的視覺(jué)信息。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
[0005]一方面，本公開(kāi)提供一種傳感器裝置，包括：至少一個(gè)視覺(jué)單元；透明的彈性體層，其設(shè)置在所述至少一個(gè)視覺(jué)單元上；標(biāo)記物，其設(shè)置在所述彈性體層的背離所述至少一個(gè)視覺(jué)單元的一側(cè)，并且嵌入在所述彈性體層中，所述標(biāo)記物形成為以陣列布置的特定圖案；照明源，其設(shè)置在所述彈性體層的側(cè)面，并且被配置為對(duì)所述標(biāo)記物和外部環(huán)境照明；以及柔性的透明保護(hù)層，其設(shè)置在所述標(biāo)記物和所述彈性體上，其中，所述傳感器裝置被配置為：在物體與所述透明保護(hù)層接觸的情況下，所述標(biāo)記物形成的所述特定圖案變形，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元捕獲變形后的圖案并通過(guò)計(jì)算以得到接觸信息；在外界物體位于所述傳感器裝置的外部且未與所述透明保護(hù)層接觸的情況下，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元經(jīng)由不存在所述標(biāo)記物或者所述標(biāo)記物模糊到可被忽略的區(qū)域捕獲所述外界物體的圖像。
[0006]在實(shí)施例中，傳感器裝置還包括透明的剛性層，其位于所述彈性體層和所述至少一個(gè)視覺(jué)單元之間。
[0007]在實(shí)施例中，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元包括光電傳感器和至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述光電傳感器和所述彈性體層之間，并且所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)的朝向所述光電傳感器的一側(cè)具有多邊形溝槽，所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)的背離所述光電傳感器的一側(cè)具有孔。
[0008]在實(shí)施例中，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元包括相機(jī)模塊和連接框架，并且所述連接框架位于所述剛性層和所述相機(jī)模塊之間，用于連接所述相機(jī)模塊和所述剛性層。
[0009]在實(shí)施例中，傳感器裝置還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡位于所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)和所述彈性體層之間，并且所述平凸透鏡的凸出部分部分地嵌入所述針孔結(jié)構(gòu)的孔中。
[0010]在實(shí)施例中，傳感器裝置還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡位于所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)和所述彈性體層之間，并且所述平凸透鏡的凸出部分完全嵌入所述針孔結(jié)構(gòu)的孔中。
[0011]在實(shí)施例中，傳感器裝置還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡位于所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)和所述彈性體層之間，并且所述平凸透鏡的凸出部分設(shè)置在所述平凸透鏡的背離所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)的一側(cè)，并且所述凸出部分的中心位置與所述孔的中心位置對(duì)準(zhǔn)。
[0012]在實(shí)施例中，所述標(biāo)記物形成的以陣列布置的特定圖案包括：以3
×
4矩陣布置的多個(gè)陣列，每個(gè)陣列處設(shè)置有以4
×
4矩陣布置的點(diǎn)，所述點(diǎn)為黑色或深色。
[0013]在實(shí)施例中，所述標(biāo)記物形成的以陣列布置的特定圖案包括：不規(guī)則布置的多個(gè)陣列，每個(gè)陣列在對(duì)角線方向上配備有四個(gè)其它陣列，且每個(gè)陣列處設(shè)置有以4
×
4矩陣布置的點(diǎn)，所述點(diǎn)為黑色或深色。
[0014]在實(shí)施例中，所述標(biāo)記物形成的以陣列布置的特定圖案包括：以矩陣布置的多個(gè)點(diǎn)，所述點(diǎn)為黑色或深色。
[0015]在實(shí)施例中，所述點(diǎn)為圓形點(diǎn)或方形點(diǎn)。
[0016]在實(shí)施例中，所述彈性體層的材料包括聚二甲基硅氧烷。
[0017]在實(shí)施例中，所述孔具有32μm的直徑和25μm的深度，所述正方形溝槽具有500μm的邊長(zhǎng)和500μm的深度。
[0018]在實(shí)施例中，所述光電傳感器是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。
[0019]在實(shí)施例中，所述標(biāo)記物的材料包括金屬。
[0020]在實(shí)施例中，所述柔性的透明保護(hù)層的材料包括硅樹脂或聚對(duì)二甲苯。
[0021]另一方面，本公開(kāi)提供一種傳感器系統(tǒng)，包括多個(gè)如上所述的傳感器裝置，其中，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元包括光電傳感器和至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)，并且所述多個(gè)傳感器裝置共用一個(gè)光電傳感器。
[0022]另一方面，本公開(kāi)提供一種傳感器系統(tǒng)，包括多個(gè)如上所述的傳感器裝置和柔性彈性體，其中，所述多個(gè)傳感器裝置設(shè)置在所述柔性彈性體上。
附圖說(shuō)明
[0023]提供以下附圖和詳細(xì)描述以便進(jìn)一步理解本公開(kāi)。在附圖中：
[0024]圖1是示出了一個(gè)物體接觸傳感器界面而另一個(gè)物體不接觸傳感器界面的傳感器的示意圖；
[0025]圖2是示出使用具有一個(gè)視覺(jué)單元的傳統(tǒng)相機(jī)模塊的傳感器的示意圖。
[0026]圖3是示出標(biāo)記物的第一類型圖案的傳感器界面的頂視圖；
[0027]圖4是示出標(biāo)記物的第二類型圖案的傳感器界面的頂視圖；
[0028]圖5是示出標(biāo)記物的第三類型圖案的傳感器界面的頂視圖；
[0029]圖6是示出標(biāo)記物的第四類型圖案的傳感器界面的頂視圖；
[0030]圖7是示出具有另一成像系統(tǒng)的傳感器的示意圖；
[0031]圖8是使用針孔成像方法的具有單個(gè)成像單元的傳感器的示意圖；
[0032]圖9是使用鏡頭成像方法的具有單個(gè)成像單元的傳感器的示意圖；
[0033]圖10是結(jié)合圖1的結(jié)構(gòu)并使用一個(gè)光電傳感器的傳感器系統(tǒng)的示意圖；以及
[0034]圖11示出了將圖1的多個(gè)結(jié)構(gòu)與另一彈性體組合的柔性傳感器系統(tǒng)的實(shí)施例。
具體實(shí)施方式
[0035]下面將通過(guò)實(shí)施例的詳細(xì)描述來(lái)描述本專利技術(shù)。
[0036]為了實(shí)現(xiàn)接觸運(yùn)動(dòng)信息的功能，例如力分布和接觸表面外部的視覺(jué)信息，開(kāi)發(fā)了這種基于視覺(jué)的傳感器。在裝置的頂部，在彈性體層的頂部上存在柔性的透明保護(hù)層，標(biāo)記物嵌入在該彈性體層中。標(biāo)記物特別地設(shè)計(jì)為具有圓形或其它形狀或隨機(jī)形狀的規(guī)則或不規(guī)則圖案。標(biāo)記物的位移和區(qū)域由成像子系統(tǒng)捕獲，該成像子系統(tǒng)包括至少一個(gè)視覺(jué)單元，該視覺(jué)單元使用具有單個(gè)或陣列的成像單元和透鏡結(jié)構(gòu)的相機(jī)。彈性體和透鏡之間的另一可選的剛性的透明層可以添加到該結(jié)構(gòu)上以增強(qiáng)裝置的堅(jiān)固性。光電本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種傳感器裝置，包括：至少一個(gè)視覺(jué)單元；透明的彈性體層，其設(shè)置在所述至少一個(gè)視覺(jué)單元上；標(biāo)記物，其設(shè)置在所述彈性體層的背離所述至少一個(gè)視覺(jué)單元的一側(cè)，并且嵌入在所述彈性體層中，所述標(biāo)記物形成為以陣列布置的特定圖案；照明源，其設(shè)置在所述彈性體層的側(cè)面，并且被配置為對(duì)所述標(biāo)記物和外部環(huán)境照明；以及柔性的透明保護(hù)層，其設(shè)置在所述標(biāo)記物和所述彈性體上，其中，所述傳感器裝置被配置為：在物體與所述透明保護(hù)層接觸的情況下，所述標(biāo)記物形成的所述特定圖案變形，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元捕獲變形后的圖案并通過(guò)計(jì)算以得到接觸信息；在外界物體位于所述傳感器裝置的外部且未與所述透明保護(hù)層接觸的情況下，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元經(jīng)由不存在所述標(biāo)記物或者所述標(biāo)記物模糊到可被忽略的區(qū)域捕獲所述外界物體的圖像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，還包括透明的剛性層，其位于所述彈性體層和所述至少一個(gè)視覺(jué)單元之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器裝置，其中，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元包括光電傳感器和至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)，所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述光電傳感器和所述彈性體層之間，并且所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)的朝向所述光電傳感器的一側(cè)具有多邊形溝槽，所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)的背離所述光電傳感器的一側(cè)具有孔。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器裝置，其中，所述至少一個(gè)視覺(jué)單元包括相機(jī)模塊和連接框架，并且所述連接框架位于所述剛性層和所述相機(jī)模塊之間，用于連接所述相機(jī)模塊和所述剛性層。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置，還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡位于所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)和所述彈性體層之間，并且所述平凸透鏡的凸出部分部分地嵌入所述針孔結(jié)構(gòu)的孔中。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置，還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡位于所述至少一個(gè)針孔結(jié)構(gòu)和所述彈性體層之間，并且所述平凸透鏡的凸出部分完全嵌入所述針孔結(jié)構(gòu)的孔中。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器裝置，還包括平凸透鏡，所述平凸透鏡...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：于宏宇，陳俠，王煜，張冠瀾，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：香港科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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