專利名稱：一種接觸面形變的傳感方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械量傳感領(lǐng)域，尤其接觸面形狀及其變化的觸覺傳感。
背景技術(shù)：
對(duì)于觸覺傳感， 一般都是傳感壓力，本發(fā)明是傳感接觸面的形狀變化的某個(gè)方面或因素 (不是直接表現(xiàn)波動(dòng)面的空間立體圖)，如皮膚接觸物體感知物體的形狀及其變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明傳感接觸面的形狀變化的基本方法舉例說明
如圖1傳感器與1被測(cè)對(duì)象表面相觸的2傳感器接觸面(具有彈性的，受壓變形時(shí)不會(huì) 產(chǎn)生褶皺)，其背面3傳感器接觸面背面布有很多4標(biāo)記(布置標(biāo)記的面稱為標(biāo)記面)，在標(biāo) 記面的上方有5攝像裝置，正對(duì)標(biāo)記面，5攝像裝置與標(biāo)記面和標(biāo)記之間填入彈性透明體如 硅膠，或透明液體(使底面彈性拉伸，產(chǎn)生壓力)，或透明的壓縮氣體。
本發(fā)明有2類以圖像表現(xiàn)被測(cè)對(duì)象波動(dòng)情況的方法，方法一是以柱體類標(biāo)記的側(cè)面顏色 來表現(xiàn)，攝像裝置攝入的該顏色的面積主要表現(xiàn)了所在接觸面的傾斜情況(單個(gè)或多個(gè))；方 法二是以柱體類標(biāo)記的頂面的顏色來表現(xiàn)，攝像裝置攝入的該顏色的面積比例(或像素比例) 主要表現(xiàn)了所在接觸面的凹凸情況(需要多個(gè)標(biāo)記集合來表現(xiàn))。
為了便于說明我們所采用的方法，我們假定單個(gè)標(biāo)記為圓柱體，分布在與接觸面相應(yīng)的 標(biāo)記面上，圓柱體的側(cè)面為紅色，頂面為綠色，標(biāo)記面本身是藍(lán)色，圓柱體標(biāo)記的底面與標(biāo) 記面粘連；我們?cè)O(shè)計(jì)使圖1的6照明裝置射出的光的紅綠藍(lán)成分經(jīng)下面標(biāo)記面上的紅(側(cè)) 綠(頂)藍(lán)(底)色表面反射在攝像裝置讀到的所屬各顏色像素的顏色深度都相同，即純粹 的紅色反射與純粹的綠色反射與純粹的藍(lán)色反射反映在各自對(duì)應(yīng)的位置的像素的顏色深度是 相等的，這和攝像裝置的濾色或透色及感光的性能、照明光的成分、物體的顏色都相關(guān)，這 個(gè)假設(shè)是為最大程度發(fā)揮各色光強(qiáng)度的分辨精度及舉例計(jì)算方便，實(shí)用則要考慮實(shí)際條件和 成本的限制;^A的視覺的光敏特性。另外， 一般感光元件前的透或?yàn)V色鏡片使分別對(duì)應(yīng)RGB 的像素分配交叉，我們一般讀到的一個(gè)像素上的RGB三色的深度值實(shí)際是從相鄰像素的數(shù)據(jù) 補(bǔ)充計(jì)算得來的，我們現(xiàn)在假設(shè)以原始的分別對(duì)應(yīng)RGB顏色像素的實(shí)際亮度(深度)值為計(jì) 算依據(jù)，實(shí)際也可以采用經(jīng)過計(jì)算的每個(gè)像素包含的RGB三色的成分的深度。
圓柱體應(yīng)該是密布的， 一般的，圓柱高度和密度的限制是在實(shí)際應(yīng)用的最傾斜、最凹 凸的情況下，才聶像中最好做到，對(duì)于方法一， 一個(gè)柱體不會(huì)蓋到另外一個(gè)柱體；對(duì)于方法二， 一個(gè)柱頂不會(huì)蓋到另外一個(gè)柱頂；互不擠壓。柱體越高靈敏度越高。
下面分別舉例-沈明方法一和方法二 。方法一當(dāng)?shù)酌鎯A斜時(shí)圓柱體側(cè)面的紅色被拍攝到，傾斜角度越大，側(cè)面紅色被拍攝到 的面積越大，另外，頂面的被攝面積反而減小。如此，紅色面積(以所占像素計(jì)，單個(gè)標(biāo)記 或多個(gè)標(biāo)記)表征了對(duì)應(yīng)部位的傾斜度的大?。换蚣t色面積與綠色面積之比表征了傾斜度的 大小。
具體的斜度計(jì)算此處不作推演。要考慮標(biāo)識(shí)面因?yàn)槭芾煊绊懘笮?huì)變化。
以公式推演或以描點(diǎn)查表等都可。
下面例舉該示例的一些變化
1、 可以變化為黑白灰度表達(dá)，如側(cè)面為黑，其他為白，顏色越深表示斜度越大?；蛴闷?他顏色。
2、 柱體比較細(xì)長(zhǎng)則頂部顏色可以與側(cè)面相同，這樣誤差不大，制作方便。
3、 可以變化柱體形狀，如球形頂，柱體為臺(tái)柱等
方法二當(dāng)?shù)酌姘紩r(shí)，該區(qū)域圓柱體頂部向凹的中心聚攏，柱體根部弧半徑比頂部弧半 徑大，拍攝到該區(qū)域中央柱體頂?shù)拿芏?個(gè)數(shù))或頂部綠顏色的密度或所占面積(或與紅+ 藍(lán)的面積比例)加大，越凹越大；當(dāng)?shù)酌嫱蛊饡r(shí)，柱體根部弧半徑比頂部弧半徑小，該區(qū)域 中央柱體頂?shù)拿芏?個(gè)數(shù))或頂部綠顏色的密度或所占面積(或與紅+藍(lán)的面積比例)減小， 越凸越小。
具體量的計(jì)算此處不作推演。要考慮標(biāo)識(shí)面因?yàn)槭芾煊绊懘笮?huì)變化。
以描點(diǎn)查表或以公式推演等都可。
下面例舉該示例的 一 些變化
1、 可以變化為黑白灰度表達(dá)，如頂面為黑，其他為白，顏色越深表示越凹?；蛴闷渌?色。
2、 可以變化柱體形狀，如球形頂(也可以大頂細(xì)柱)，柱體為臺(tái)柱等。計(jì)算也相應(yīng)改變。
方法一和方法二都既可以直觀觀察被測(cè)對(duì)象的波動(dòng)的性狀，也可以計(jì)算后變換其他圖像 顯示，或計(jì)算擬出相似的空間立體圖曲面圖，或經(jīng)過信號(hào)處理如頻譜圖像顯示，還可以經(jīng)過 運(yùn)算輔助判別被測(cè)對(duì)象的波動(dòng)的性狀特征。方法一和方法二可以組合在一起運(yùn)用，也可以獨(dú) 立運(yùn)用。還可以動(dòng)態(tài)變化照明光色每幀圖像只測(cè)一個(gè)因素或方法，例如測(cè)柱體側(cè)面時(shí)只發(fā)紅 光，測(cè)柱體頂部時(shí)只發(fā)綠光等。
面積、比例、密度等，都可以用所占像素來計(jì)算?？梢悦糠N顏色二值化以簡(jiǎn)化計(jì)算。
量的計(jì)算，可以已知的曲面數(shù)據(jù)來標(biāo)定與測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，簡(jiǎn)單的用查表來近似計(jì)算。 甚至可以和壓力建立近似對(duì)應(yīng)關(guān)系。


圖l是本發(fā)明裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明裝置的一種大致結(jié)構(gòu)形式示意圖，左上向下的箭頭標(biāo)示實(shí)際組裝時(shí)5照明裝置和7攝像裝置與4光學(xué)鏡片是緊密結(jié)合的。
圖3也是本發(fā)明裝置一種大致結(jié)構(gòu)形式示意圖，省略了上面的照明和攝像裝置。
具體實(shí)施例方式
標(biāo)記和接觸面的幾種制作方法
1、 在薄膜(例如硅膠)上黏接已經(jīng)成形的柱體。柱體以線狀射出。需頂面與側(cè)面不 同色的，則在線狀表面染著與柱體本身不同的顏色后再切割?；虻日尺B完成后再 全部頂部著液染色。黏結(jié)定位的廉價(jià)做法是用靜電，使柱體豎直降落到薄膜上。
2、 注塑。多次注塑，或頂部顏色最后頂向下沾液體化學(xué)或物理著色。
3、 激光雕刻柱體?；蛭吹袂跋软敳恐?，雕刻后在底部浸液著色或燒灼變色。
4、 塊料上下各粘上2種顏色薄膜，例如頂為綠色極薄薄膜，底為藍(lán)色稍厚薄膜，塊 料本身材料為紅色，則從頂往下激光雕刻各個(gè)柱體標(biāo)記，無柱體處雕至底層藍(lán)色 露出，即可成就在藍(lán)底上密布頂綠側(cè)紅的柱體。這里頂上著色也可不用薄膜而改 用其他染色，在塊料未雕刻時(shí)就染色，藍(lán)底薄膜下也還可以再覆蓋一層與被測(cè)對(duì) 象接觸薄膜，彈性上要配合好。這個(gè)方法是比較容易把握好的，但制作成本較高。
上面所說的尤其靜電的方法，會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則的情況，可以用取初始狀態(tài)來削除誤差
1、 產(chǎn)品定型時(shí)，拍纟聶取樣，
2、 標(biāo)定時(shí)用特定形狀模子套住傳感頭，使定型，拍攝取樣
3、 測(cè)試前拍攝取樣自然態(tài) 理想狀態(tài)和實(shí)拍狀態(tài)的比較，可以知道誤差。
例如以廉價(jià)的植絨技術(shù)來制作，標(biāo)記不規(guī)則，可以作如下的處理，但差距太大也不行。
實(shí)測(cè)狀態(tài)得到的數(shù)據(jù)可以用這樣的觀念，減去初始狀態(tài)的灰度，以差值為表現(xiàn)和計(jì)算依 據(jù)，例如
比較稀疏的塊l:初始灰度是50,前一次灰度是IIO,現(xiàn)在灰度是120，則先求差值灰度， 分別為110-50=60和120-50=70,變化比例60/50=1. 2, 70/50=1. 4,互相比例70/60=1. 17
比較濃密的塊2:初始灰度是100,前一次灰度是180,現(xiàn)在灰度是195,則先求差值灰 度，分別為180-100=80和195-100=95,變化比例80/100=0.8,95/100=0.95，互相比例 95/80=1. 19
用后2種數(shù)據(jù)來表示，就可以排除先天疏密的影響。這是思考的大方向，具體的還要結(jié) 合實(shí)際數(shù)據(jù)變化算法，以求更接近實(shí)際情況。
對(duì)于先天直立度偏差的糾正，也可以參照這個(gè)思路，不過因?yàn)閮A斜的方向不同，初始一 個(gè)圖不能反映，需要2個(gè)圖。
彈性拉伸移動(dòng)對(duì)這個(gè)塊位置的影響比較小。塊大小可以事先確定，可以交叉劃塊進(jìn)行2種以上的塊計(jì)算，再綜合，有利于消除誤差。
圖2和圖3是具體裝置的形式結(jié)構(gòu)示意，筒體是剛體，內(nèi)里的透明體可以是透明氣體或 透明液體或透明彈性體，筒體上蓋可以是平玻璃片或透明塑料、有機(jī)玻璃等透明類物體，也 可利用做成攝像裝置用的透鏡，圖2圓筒的下面是球面的接觸面，即圖1的2傳感器接觸面， 與筒體密封連結(jié)。圖3的下面是近似圓柱的側(cè)面作為傳感器接觸面，好處是制作簡(jiǎn)單，對(duì)標(biāo) 記定位也方便，與剛性筒體連接處的角上就可以定位參照基準(zhǔn)點(diǎn)，其他標(biāo)記依此定位，可以 標(biāo)一點(diǎn)特別的顏色在其上如白點(diǎn)或黑點(diǎn)或特殊顏色點(diǎn)等，便于攝像后識(shí)別。圖2的球面接觸 面也可以定一個(gè)定位參照點(diǎn)。其他的各個(gè)標(biāo)記的位置，都以與參照點(diǎn)的排列位置來定位，當(dāng) 然，也可以自動(dòng)搜索標(biāo)記陣列的邊界來定位，而陣列與筒體的位置關(guān)系是可以固定的。
本發(fā)明的典型應(yīng)用是脈搏傳感，使脈的表面波動(dòng)可以被視覺觀察、記錄及運(yùn)算判斷。
本發(fā)明包含所有這些處于權(quán)利要求范圍內(nèi)的選擇、修改、變化，而不止于舉例的范圍。
權(quán)利要求
1. 一種接觸面形變的傳感方法和裝置，其特征在于，在接觸面的背面設(shè)置很多有排列規(guī)則的標(biāo)記，用攝像裝置拍攝標(biāo)記區(qū)的變化，可以觀察接觸面的變化，其數(shù)據(jù)可以記錄。
2. 如權(quán)利要求l所述，所說的標(biāo)記，其特征在于，是柱體類形狀，以一定的間隔分布。
3. 如權(quán)利要求1所述，所說的觀察接觸面的變化，其特征在于，可以表征波動(dòng)變化的某個(gè) 方面或因素。
4. 如權(quán)利要求3所述，所說的表征波動(dòng)變化的某個(gè)方面或因素，其特征在于，以標(biāo)記的側(cè) 面顏色為主表征接觸面的斜度類變化。
5. 如權(quán)利要求3所述，所說的表征波動(dòng)變化的某個(gè)方面或因素，其特征在于，以標(biāo)記的頂 面顏色為主表征4妄觸面的凹凸類變化。
6. 如權(quán)利要求1所述，所說的觀察接觸面的變化，其特征在于，可以將原始數(shù)據(jù)運(yùn)算作出 空間立體曲面變化圖，或其他變換圖形顯示或運(yùn)算輔助識(shí)別其形狀及變化特征。
7. —種接觸面形變傳感的標(biāo)記制作方法，其特征在于，先將底面和標(biāo)記材料粘接在一起， 或再加上頂面不同顏色的染色或顏色薄膜粘接，再雕刻成形。
全文摘要
本發(fā)明是傳感接觸面的形狀變化，如皮膚接觸物體感知物體的形狀及其變化。采用光學(xué)的方法，傳感接觸面變化的某些因素如傾斜度和凹凸情況來綜合應(yīng)用。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101411610SQ20071004726
公開日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月19日
發(fā)明者剛 阮 申請(qǐng)人:剛 阮