用于機器人應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)可復制人類觸覺的應用在機器人上增強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上預先發(fā)表的一篇論文中提出的，將在ICRA 2020上發(fā)表，它充當了人工指尖，使機器人能夠感知其所握持或操縱的物體的特性。

進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前觸覺傳感器更強大功能的用于機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)。”

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的改進版。Getsight可以生成對象表面的詳細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。當集成到抓手或機械手中時，該傳感器就可以充當敏感的人造“手指”，從而使機器人可以操縱和感應各種形狀和大小不同的物體。OmniTact是通過將多個微型相機嵌入到由硅膠制成的人造皮膚中而構(gòu)建的。攝像機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視覺和圖像處理技術(shù)對其進行分析，以推斷出有關(guān)機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：“我們團隊使用基于學習的方法來利用高分辨率反饋并避免進行手動校準程序。OmniTact在傳感器的所有側(cè)面都提供了觸摸感應，從而使機器人能夠在與物體以任何方向接觸的同時獲得觸覺反饋。”

Ebert，Padmanabha及其同事在一項頗具挑戰(zhàn)性的任務中評估了傳感器的性能，該任務是機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進行的實驗，我們發(fā)現(xiàn)多方向、高分辨率的觸覺感應可以實現(xiàn)某些細粒度的操縱任務，例如我們提出的插電源連接器任務，”參與這項研究的另一位研究人員Stephen Tian說。“我們懷疑，除了諸如外科手術(shù)中的機器人遙控操作以及在太空任務中的應用之外，未來多方向觸覺傳感可能是通用機器人操縱中必不可少的要素。”

研究人員使用通常在內(nèi)窺鏡中使用的微型相機來構(gòu)建傳感器，將硅凝膠直接澆鑄到相機上。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用范圍。將來，它可以為創(chuàng)建具有更復雜傳感功能的新機器人鋪平道路。

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用中。我們的團隊還計劃進行更多的機器人操縱研究，以為下一代的觸覺傳感器提供幫助?！?br /> ? ? ?