機(jī)器人的眼睛和大腦--智能化光電傳感器

　內(nèi)容摘要：在復(fù)雜環(huán)境中工作的機(jī)器人必須滿足這樣的先決條件：能夠利用傳感器對周圍環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，具有一定的“學(xué)習(xí)”和“自我調(diào)節(jié)”能力。在市場上，有著各種依靠圖像監(jiān)控或力的檢測來控制機(jī)器人的傳感器，但是仍缺乏“滑移”傳感器，即能夠?qū)C(jī)器人的手指與被握物體之間的相對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行在線檢測和補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳌?/font>

　　在復(fù)雜環(huán)境中工作的機(jī)器人必須滿足這樣的先決條件：能夠利用傳感器對周圍環(huán)境進(jìn)行識(shí)別，具有一定的“學(xué)習(xí)”和“自我調(diào)節(jié)”能力。在市場上，有著各種依靠圖像監(jiān)控或力的檢測來控制機(jī)器人的傳感器，但是仍缺乏“滑移”傳感器，即能夠?qū)C(jī)器人的手指與被握物體之間的相對運(yùn)動(dòng)進(jìn)行在線檢測和補(bǔ)償?shù)膫鞲衅鳌?br />　　建議您采用的大多數(shù)解決方案都是基于切向力或者摩擦力檢測為基礎(chǔ)的。即利用接觸傳感器對接觸時(shí)的切向力大小進(jìn)行檢測或者利用摩擦振動(dòng)加速傳感器對相對位移間接進(jìn)行檢測和估計(jì)。而迄今為止常見的傳感器還無法對相對滑移速度進(jìn)行直接的檢測。較高的研發(fā)費(fèi)用是一直沒有成功實(shí)現(xiàn)相對滑移直接檢測技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的主要原因。
　　與現(xiàn)在建議使用的方案不同，在IITB霍倫霍夫研究所中研發(fā)成功的光學(xué)傳感器能夠直接對相對滑移進(jìn)行檢測。結(jié)合接觸力檢測傳感器可以滿足要求極高的智能化機(jī)器人方案。在這個(gè)方案中，能夠經(jīng)濟(jì)合理的使用光學(xué)傳感器，由于其結(jié)構(gòu)緊湊可以很好的集成在機(jī)械和機(jī)床設(shè)備中。
　　這種方案的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但是目前主要集中在下列兩個(gè)領(lǐng)域中：
　?。?）依靠力量進(jìn)行可靠夾持和操縱的易碎工件；
　　（2）無定位或者可移動(dòng)工件的表面擦洗和磨削。
　　工作原理
　　光電滑移傳感器的工作原理類似光電鼠標(biāo)。與機(jī)器人手指接觸的物體表面被發(fā)光二極管或激光二極管發(fā)出的光線照射著，由被照射物體表面反射回來的光線經(jīng)透鏡折射后進(jìn)入傳感器芯片中的微型攝像機(jī)中（圖1）。攝取的圖像作為灰度等級圖片進(jìn)入傳感器芯片中的DSP數(shù)字信號(hào)處理器，并在這個(gè)微處理器中首次被轉(zhuǎn)換成速度信號(hào)。最后，再根據(jù)這些速度信號(hào)計(jì)算出滑移數(shù)據(jù)（△x和△y值）。
　　速度計(jì)算過程中使用的計(jì)算語言是光流語言，計(jì)算量較小。作為光流（Optical Flow）實(shí)際上是一個(gè)矢量場，它能夠表示每一個(gè)圖片、像素，圖像順2D運(yùn)動(dòng)方向和速度的矢量場。