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一款用于机器人应用的小型高分辨率触觉传感器

科技 2020-04-08 11:30:59

近年来,世界各地的研究人员一直在努力开发能够复制人类触觉的传感器,并提高机器人的操作技能。虽然其中一些传感器取得了显著的效果,但现有的大多数解决方案都具有较小的敏感字段或只能收集低分辨率的图像。

加州大学伯克利分校的一组研究人员最近开发了一种新的多向触觉传感器,名为OmniTact,它克服了之前开发的传感器的一些限制。OmniTact在arXiv上预先发表的一篇论文中提出,并将在ICRA 2020上展示。OmniTact的作用是充当一个人工指尖,让机器人能够感知它所持或操纵的物体的属性。

“我们的实验室意识到,需要一种传感器来完成一般的机器人操作任务,这种传感器的功能要比目前的触觉传感器更强大,”参与这项研究的研究人员之一弗雷德里克·艾伯特(Frederik Ebert)告诉TechXplore。’”现有的触觉传感器要么是平面的,要么只有很小的敏感区域,要么只能提供低分辨率的信号。例如,GelSight传感器提供高分辨率(即,但它又大又平,只能在一边提供灵敏度,而光力传感器是曲面的,只能在一个点上提供力的读数。”

由Ebert和他的同事开发的OmniTact传感器,是对GelSight的一种改进,GelSight是麻省理工学院和加州大学伯克利分校的研究人员开发的一种触觉传感器。Getsight可以生成一个物体表面的详细3d地图,并检测它的一些特征。

与GelSight相比,OmniTact是多方向的,这意味着它的所有边都有感知能力。此外,它可以提供高分辨率的读数,高度紧凑,具有曲面形状。当传感器集成到钳子或机械手中时,它就像一个灵敏的人造“手指”,“允许机器人操纵和感知各种形状和大小的物体”。

OmniTact是通过将多个微型摄像机嵌入由硅凝胶制成的人造皮肤中来制造的。这些摄像头可以检测到基于凝胶的皮肤的多向变形,产生丰富的信号,然后可以通过计算机视觉和图像处理技术进行分析,从而推断出机器人正在操作的物体的信息。

“我们的团队使用基于学习的方法来利用高分辨率的反馈,避免手动校准程序,”另一位参与这项研究的研究人员Akhil Padmanabha告诉TechXplore。“OmniTact在传感器的四面八方都提供了触觉感应,从而使机器人能够在与任何方向的物体接触时获得触觉反馈。”

Ebert、Padmanabha和他们的同事评估了他们的传感器在一个相当有挑战性的任务中的性能,在这个任务中,机器人必须将一个电子连接器插入插座。他们还测试了它在手指按压给定物体时推断其接触角度的能力。在这些初始评估中,OmniTact取得了显著的效果,在状态估计任务中,OmniTact的表现优于仅一侧敏感的触觉传感器和另一侧敏感的多方向传感器。

“通过我们对OmniTact的实验,我们发现,多方位、高分辨率的触觉感知可以实现某些精细的操作任务,比如我们提出的连接器插入任务,”参与这项研究的另一名研究人员Stephen Tian告诉TechXplore。“我们认为,在未来,除了机器人远程手术、海洋和太空任务等应用外,多向触觉感知可能成为通用机器人操作的一个重要元素。”

研究人员使用通常用于内窥镜的微型摄像机来构建传感器,将硅胶直接投射到摄像机上。因此,OmniTact比以前开发的GelSight传感器要紧凑得多,因此可能有更广泛的应用。在未来,它可能为创造具有更复杂传感能力的新机器人铺平道路。

“我们计划让OmniTact更便宜、更紧凑,让它可以用于更广泛的任务。我们的团队还计划进行更多的机器人操作研究,为下一代的触觉传感器提供信息,”Padmanabha说。

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