機器人的眼睛和大腦--智能化光電傳感器

　內容摘要：在復雜環(huán)境中工作的機器人必須滿(mǎn)足這樣的先決條件：能夠利用傳感器對周?chē)h(huán)境進(jìn)行識別，具有一定的“學(xué)習”和“自我調節”能力。在市場(chǎng)上，有著(zhù)各種依靠圖像監控或力的檢測來(lái)控制機器人的傳感器，但是仍缺乏“滑移”傳感器，即能夠對機器人的手指與被握物體之間的相對運動(dòng)進(jìn)行在線(xiàn)檢測和補償的傳感器。

　　在復雜環(huán)境中工作的機器人必須滿(mǎn)足這樣的先決條件：能夠利用傳感器對周?chē)h(huán)境進(jìn)行識別，具有一定的“學(xué)習”和“自我調節”能力。在市場(chǎng)上，有著(zhù)各種依靠圖像監控或力的檢測來(lái)控制機器人的傳感器，但是仍缺乏“滑移”傳感器，即能夠對機器人的手指與被握物體之間的相對運動(dòng)進(jìn)行在線(xiàn)檢測和補償的傳感器。
　　建議您采用的大多數解決方案都是基于切向力或者摩擦力檢測為基礎的。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。而迄今為止常見(jiàn)的傳感器還無(wú)法對相對滑移速度進(jìn)行直接的檢測。較高的研發(fā)費用是一直沒(méi)有成功實(shí)現相對滑移直接檢測技術(shù)工業(yè)化應用的主要原因。
　　與現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。結合接觸力檢測傳感器可以滿(mǎn)足要求極高的智能化機器人方案。在這個(gè)方案中，能夠經(jīng)濟合理的使用光學(xué)傳感器，由于其結構緊湊可以很好的集成在機械和機床設備中。
　　這種方案的應用領(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；
　?。?）無(wú)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(lèi)似光電鼠標。與機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(xiàn)照射著(zhù)，由被照射物體表面反射回來(lái)的光線(xiàn)經(jīng)透鏡折射后進(jìn)入傳感器芯片中的微型攝像機中（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數字信號處理器，并在這個(gè)微處理器中首次被轉換成速度信號。最后，再根據這些速度信號計算出滑移數據（△x和△y值）。
　　速度計算過(guò)程中使用的計算語(yǔ)言是光流語(yǔ)言，計算量較小。作為光流（Optical Flow）實(shí)際上是一個(gè)矢量場(chǎng)，它能夠表示每一個(gè)圖片、像素，圖像順2D運動(dòng)方向和速度的矢量場(chǎng)。