用于機(jī)器人應(yīng)用的緊湊型高分辨率觸覺傳感器

（文章來源：科技報告與資訊）
? ? ?? 近年來，全世界的研究人員一直在嘗試開發(fā)可復(fù)制人類觸覺的應(yīng)用在機(jī)器人上增強(qiáng)其操縱技能的傳感器。盡管其中一些傳感器取得了令人矚目的效果，但大多數(shù)現(xiàn)有解決方案的敏感度較低，或者只能收集低分辨率的圖像。

加州大學(xué)伯克利分校的一組研究人員最近開發(fā)了一種稱為OmniTact的新型多向觸覺傳感器，該傳感器克服了以前開發(fā)的傳感器的某些局限性。OmniTact 是在arXiv上預(yù)先發(fā)表的一篇論文中提出的，將在ICRA 2020上發(fā)表，它充當(dāng)了人工指尖，使機(jī)器人能夠感知其所握持或操縱的物體的特性。

進(jìn)行這項研究的研究人員之一弗雷德里克·埃伯特（Frederik Ebert）說：“我們需要一種具有比當(dāng)前觸覺傳感器更強(qiáng)大功能的用于機(jī)器人操縱使用的傳感器。現(xiàn)有的觸覺傳感器要么是平的，敏感區(qū)域很小，要么僅提供低分辨率的信號。例如，GelSight傳感器雖然能提供高分辨率（即400x400像素）的圖像，但是又大又平，且僅在一側(cè)提供靈敏度，而OptoForce傳感器盡管是彎曲的，但只能在單個點上提供力的讀數(shù)?！?/p>

OmniTact是由Ebert和他的同事開發(fā)的傳感器，是MIT和UC Berkeley的研究人員創(chuàng)建的觸覺傳感器GelSight的改進(jìn)版。Getsight可以生成對象表面的詳細(xì)3D映射并檢測其某些特征。

與GelSight相比，OmniTact是多方向的，這意味著其所有側(cè)面都具有感應(yīng)功能。另外，它可以提供高分辨率讀數(shù)，高度緊湊并且具有彎曲形狀。當(dāng)集成到抓手或機(jī)械手中時，該傳感器就可以充當(dāng)敏感的人造“手指”，從而使機(jī)器人可以操縱和感應(yīng)各種形狀和大小不同的物體。OmniTact是通過將多個微型相機(jī)嵌入到由硅膠制成的人造皮膚中而構(gòu)建的。攝像機(jī)檢測到基于凝膠的皮膚的多方向變形，產(chǎn)生豐富的信號，然后可以通過計算機(jī)視覺和圖像處理技術(shù)對其進(jìn)行分析，以推斷出有關(guān)機(jī)器人正在操縱的物體的信息。

參與研究的另一位研究員Akhil Padmanabha說：“我們團(tuán)隊使用基于學(xué)習(xí)的方法來利用高分辨率反饋并避免進(jìn)行手動校準(zhǔn)程序。OmniTact在傳感器的所有側(cè)面都提供了觸摸感應(yīng)，從而使機(jī)器人能夠在與物體以任何方向接觸的同時獲得觸覺反饋?！?/p>

Ebert，Padmanabha及其同事在一項頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)中評估了傳感器的性能，該任務(wù)是機(jī)器人必須將電源連接器插入插座。他們還測試了在給定對象上手指最佳接觸角度的推斷能力。在這些評估中，OmniTact取得了非常好的成績，在狀態(tài)估計任務(wù)中，其性能僅優(yōu)于一側(cè)敏感的觸覺傳感器和另一種多向傳感器。

“通過OmniTact進(jìn)行的實驗，我們發(fā)現(xiàn)多方向、高分辨率的觸覺感應(yīng)可以實現(xiàn)某些細(xì)粒度的操縱任務(wù)，例如我們提出的插電源連接器任務(wù)，”參與這項研究的另一位研究人員Stephen Tian說?！拔覀儜岩桑酥T如外科手術(shù)中的機(jī)器人遙控操作以及在太空任務(wù)中的應(yīng)用之外，未來多方向觸覺傳感可能是通用機(jī)器人操縱中必不可少的要素?！?/p>

研究人員使用通常在內(nèi)窺鏡中使用的微型相機(jī)來構(gòu)建傳感器，將硅凝膠直接澆鑄到相機(jī)上。結(jié)果，OmniTact比以前開發(fā)的GelSight傳感器緊湊得多，因此可能具有更廣泛的應(yīng)用范圍。將來，它可以為創(chuàng)建具有更復(fù)雜傳感功能的新機(jī)器人鋪平道路。

Padmanabha說：“我們計劃將OmniTact變得更便宜、更緊湊，從而使其能夠用于更廣泛的應(yīng)用中。我們的團(tuán)隊還計劃進(jìn)行更多的機(jī)器人操縱研究，以為下一代的觸覺傳感器提供幫助?！?br /> ? ? ? （責(zé)任編輯：fqj）