抓取信息的测试装置及测试平台的制作方法

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种抓取信息的测试装置及测试平台。


背景技术：

2.机器人已被用于工业自动化领域，例如在装配、搬运、焊接等场景，机器人的使用提升了生产效率。在机器人的操作中，抓取是一种重要的功能，其能极大拓展机器人的应用场景，因此，机器人的抓取控制策略十分重要。
3.由于人手在抓取物体时，会根据一些信息对抓取力进行合理、实时的调控，以保证抓取的自适应性和可靠性；因此，一种可能的预期是，参考人手的抓取控制策略并将其应用于机器人的抓取过程。
4.然而，现有技术中，还没有针对人手在抓取物体时获取相关抓取信息的测试装置。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供了一种抓取信息的测试装置及测试平台，该测试装置包括外壳结构、图像获取单元和压力获取单元，其中，该外壳结构包括平行设置的第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，两个抓取侧壁上均设有透明板，然后，图像获取单元位于外壳结构内部，用于同时获取透明板的图像信息，并且，在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间设有压力获取单元；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁间的压力信息，同时，该图像获取单元能够同时获取手指在透明板上的滑移信息；即，该测试装置能够获取手指在抓取物体时的压力信息和滑移信息间的关系，然后，通过对上述抓取信息的定量测量，可将其应用于机器人的抓取控制策略；从而解决了没有针对人手在抓取物体时获取相关抓取信息的测试装置的技术问题，实现了获取人手抓取信息的技术效果。
6.本技术实施例提供一种抓取信息的测试装置，所述测试装置包括：
7.外壳结构，所述外壳结构包括平行设置的第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，其中，所述第一抓取侧壁包括第一透明板，所述第二抓取侧壁包括第二透明板；
8.图像获取单元，所述图像获取单元位于所述外壳结构内部，所述图像获取单元用于同时获取所述第一透明板和所述第二透明板的图像信息；
9.压力获取单元，所述压力获取单元连接所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁，所述压力获取单元用于获取所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁间的压力信息；
10.其中，所述第一透明板和所述第二透明板相对所述外壳结构对称设置。
11.本公开实施例中，所述外壳结构内部还设有镜片架，所述镜片架在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间倾斜设置，所述镜片架两侧分别设有第一反射镜片和第二反射镜片；所述图像获取单元包括第一相机和第二相机，所述第一相机用于从所述第一反射镜片获取所述第一透明板的图像信息，所述第二相机用于从所述第二反射镜片获取所述第二透明板的图像信息。
12.本公开实施例中，所述镜片架在所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间呈45度角倾斜设置。
13.本公开实施例中，所述第一相机安装于第一相机架，所述第二相机安装于第二相机架；其中，所述第一相机架和所述第二相机架均与所述镜片架固定连接。
14.本公开实施例中，所述外壳结构还包括前板和后板，所述前板和所述后板位于所述第一抓取侧壁和所述第二抓取侧壁之间；所述压力获取单元包括第一板簧和第二板簧；
15.其中，所述第一板簧连接所述前板和所述后板，所述第二板簧连接所述前板和所述后板。
16.本公开实施例中，所述测试装置还包括滑轨单元，所述滑轨单元包括滑轨，所述前板或所述后板上设有滑轨安装座，所述滑轨安装座套接于所述滑轨。
17.本公开实施例中，所述滑轨单元一端设有激光位移传感器，所述激光位移传感器垂直于所述滑轨设置。
18.本公开实施例中，所述第一板簧和/或所述第二板簧表面设有应变片。
19.本技术实施例还提供一种抓取信息的测试平台，所述测试平台包括测试装置和信息采集计算装置，其中，所述测试装置为上述的测试装置，所述信息采集计算装置包括依次通信连接的电桥采集模块、a/d转换模块和中央处理模块。
20.本公开实施例中，所述电桥采集模块与所述压力获取单元通信连接，所述a/d转换模块与所述激光位移传感器通信连接，所述中央处理器与所述图像获取单元通信连接。
21.本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
22.本技术实施例中，该测试装置包括外壳结构、图像获取装置和压力获取装置，其中，该外壳结构包括平行设置的第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，两个抓取侧壁上均设有透明板，然后，图像获取单元位于外壳结构内部，用于同时获取透明板的图像信息，并且，在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间设有压力获取单元；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁间的压力信息，同时，该图像获取单元能够同时获取手指在透明板上的滑移信息；
23.也就是说，通过该测试装置，能够获取人手指在抓取物体时施加的抓取力和手指与物体间相对的滑移之间的关系，进而，可以通过该抓取力和滑移的关系探究抓取控制策略，并将该抓取控制策略应用于机器人的抓取过程，从而实现拓展机器人应用场景的目的。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本技术实施例中所述测试装置的结构示意图。
26.图2为本技术实施例中所述测试装置的内部结构示意图。
27.图3为本技术实施例中所述压力获取单元的结构示意图。
28.图4为本技术实施例中所述外壳结构安装于所述滑轨单元的结构示意图。
29.图5为本技术实施例中滑轨单元的结构示意图。
30.图6为本技术实施例中所述测试装置的使用状态示意图。
31.图7为本技术实施例中所述测试平台的结构示意图。
32.其中，附图标记：
33.10-外壳结构
34.11-第一抓取侧壁
35.12-第二抓取侧壁
36.13-前板
37.14-后板
38.15-第一透明板
39.16-第二透明板
40.17滑轨安装座
41.20-图像获取单元
42.21-第一相机
43.23-第一相机架
44.24-第二相机架
45.25-第一反射镜片
46.26-第二反射镜片
47.27-镜片架
48.30-压力获取单元
49.31-第一板簧
50.32-第二板簧
51.33-应变片
52.40-滑轨单元
53.41-滑轨
54.42-激光位移传感器
55.43-基座
56.50-电桥采集模块
57.60-a/d转换模块
58.70-中央处理模块
具体实施方式
59.为了更好的理解上述技术方案，下面将参考附图详细地描述本技术的示例实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，而不是本技术的全部实施例，应理解，本技术不受这里描述的示例性实施例的限制。
60.概述
61.机器人自上世纪出现至今，已经被广泛应用于工业自动化领域，如装配、搬运、焊接、喷涂等场景，极大地降低了人类的劳动强度，提升了生产效率。随着社会的发展，机器人必将从工业场所逐步走向人类的日常生活中，更好的服务于人类，这也是目前机器人领域的发展趋势。
62.抓取作为人类日常生活中最为基本而又重要的操作任务，也必然是机器人拓展日常应用场景所需具备的功能。已有研究表明，在整个抓取过程中，人的神经中枢会与广泛分布在手指上触觉传感器对手指与被抓物体之间的滑移状态进行信息交互，并根据此滑移信息，对抓取力进行合理、实时的调控，使其总能保持合适的安全余量，既不会过小而导致被抓物体发生滑移，又不会过大而破坏被抓物体，表现出优异的抓取自适应性和可靠性。因此，若能探索并揭示出人手交互式抓取过程中滑移特性的产生及调控机理，并将其应用于机械手的设计、开发和控制中，那么将有望极大地提升机械手的抓取性能，拓宽其应用领域。
63.由于实际的抓取过程持续时间非常短，人很难觉察到此过程中各参量的变化情况，因此需要借助于外部测量元件实时、准确地获取抓取信息。而人手指上设计传感器空间非常有限，多传感器集成难度很大，目前尚未有能够针对人手多种抓取信息进行测量的传感器或测试平台被提出。
64.为此本发明期望设计一种人手抓取信息的测试平台，对抓取过程中的抓取力、滑移状态和被抓物体的刚性运动进行测量。正、切向力是人手抓取控制机理的作用结果，滑移是抓取控制机理的作用原因，刚性位移能辅助判断抓取的开始与停止，通过对上述三种信息进行定量的测量，可探究滑移状态对人手抓取力控制的定量关系，找出基于滑移状态的人手交互式抓取控制策略。
65.本技术实施例提供一种抓取信息的测试装置，结合图1、2，图1为本技术实施例中所述测试装置的结构示意图，图2为图1的内部结构示意图；该测试装置包括外壳结构、图像获取单元和压力获取单元，其中，该外壳结构包括平行设置的第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12，第一抓取侧壁11包括第一透明板15，第二抓取侧壁12包括第二透明板16；该图像获取单元位于外壳结构内部，该图像获取单元用于同时获取第一透明板15和第二透明板16的图像信息；该压力获取单元连接第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12，该压力获取单元用于获取第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12间的压力信息；并且，该第一透明板15和第二透明板16相对外壳结构对称设置。
66.具体的，如图1所示，该第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12构成外壳结构的两个侧壁，并且，两个抓取侧壁相对设置，然后在两个抓取侧壁上分别设有第一透明板15和第二透明板16，并且，该第一透明板15和第二透明板16相对外壳结构对称设置；能够理解，该第一透明板和第二透明板的大小可以根据实际需要设定，该第一透明板和第二透明板例如可为透明玻璃、透明塑料等透光材料；然后，在两个抓取侧壁之间设置压力获取单元，在外壳结构内部设置图像获取单元；这样，当操作者用手指抓取第一透明板和第二透明板时，该压力获取单元能够获取手指施加在两个抓取侧壁上的抓取力，并且，通过对不同时间下图像信息的比较，该图像获取单元能够获取手指相对两个透明板的滑移；然后，根据该抓取力信息和滑移信息可以找出基于滑移状态的人手交互式抓取控制策略。
67.本技术实施例中，该测试装置包括外壳结构、图像获取装置和压力获取装置，其中，该外壳结构包括平行设置的第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，两个抓取侧壁上均设有透明板，然后，图像获取单元位于外壳结构内部，用于同时获取透明板的图像信息，并且，在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁之间设有压力获取单元；这样，当操作者用手指抓取两个抓取侧壁的透明板时，该压力获取单元能够获取两个侧壁间的压力信息，同时，该图像获取单元
能够同时获取手指在透明板上的滑移信息；
68.也就是说，通过该测试装置，能够获取人手指在抓取物体时施加的抓取力和手指与物体间相对的滑移之间的关系，进而，可以通过该抓取力和滑移的关系探究抓取控制策略，并将该抓取控制策略应用于机器人的抓取过程，从而实现拓展机器人应用场景的目的。
69.能够理解，该图像获取单元位于外壳结构内部，可为照相机、摄像机、摄像头等，其至少应包括两个图像摄像装置，两个图象摄像装置分别同时获取两个透明板的图像信息。
70.能够理解，该压力获取单元可为一个或多个，该压力获取单元连接在两个抓取侧壁之间，例如可以根据两个抓取侧壁受力所发生的位移大小来获取抓取力的大小。
71.能够理解，上述第一透明板和第二透明板例如可为透明玻璃、透明塑料，或者由其它透明材料构成。
72.一种可能实施方式中，该外壳结构内部还设有镜片架27，镜片架27在第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12之间倾斜设置，该镜片架27两侧分别设有第一反射镜片25和第二反射镜片26；该图像获取单元包括第一相机21和第二相机，第一相机21用于从第一反射镜片25获取第一透明板15的图像信息，第二相机用于从第二反射镜片26获取第二透明板16的图像信息。
73.具体的，请结合图2所示，在第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12之间倾斜的设置镜片架27，并在镜片架的两个表面设置第一反射镜片25和第二反射镜片26，然后，在两个抓取侧壁的垂直方向设置第一相机21和第二相机(图中未示出)，这样，两个相机能够通过反射作用分别获取两个透明板的图像信息。
74.本实施例中，在外壳结构的内部，利用简单的反射作用，能够同时获取第一透明板和第二透明板的图像信息，结构简单，易于实现。
75.具体的，结合图2，该镜片架27在第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12之间呈45度角倾斜设置，这样，方便后续对两个图像的处理。
76.一种可能实施方式中，该第一相机21安装于第一相机架23，该第二相机安装于第二相机架24；其中，第一相机架23和第二相机架24均与镜片架27固定连接。
77.本实施例中，将两个相机架和镜片架固定连接，结构紧凑、牢固。
78.一种可能实施方式中，该外壳结构还包括前板13和后板14，该前板13和后板14位于第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12之间；同时，该压力获取单元包括第一板簧31和第二板簧32，第一板簧31连接前板13和后板14，第二板簧32连接前板13和后板14。
79.具体的，结合图1、2所示，前板13、后板14、第一抓取侧壁11和第二抓取侧壁12构成外壳单元的周向侧壁，前板13和后板14均与第一相机架23和第二相机架24固定连接，然后，第一板簧31和第二板簧32可插接在前板和后板的插接槽上。
80.具体的，第一板簧31或第二板簧32的结构如图3所示，板簧的两端分别固定在第一抓取侧壁和第二抓取侧壁，能够理解，当手指对两个抓取侧壁施加压力时，两个抓取侧壁挤压板簧中间的受力片，通过该受力片的形变可以得到挤压力的大小；
81.进一步的，该第一板簧31和/或第二板簧32表面设有应变片33；即，在板簧中间的受力片表面设置应变片，这样，当手指对两个抓取侧壁具有切向力时，通过应变片的形变量可以得到该切向力的大小，完善抓取力信息。
82.一种可能实施方式中，该测试装置还包括滑轨单元40，滑轨单元40包括滑轨41，该
前板13或后板14上设有滑轨安装座17，滑轨安装座17套接于滑轨41；然后，在滑轨单元一端设有激光位移传感器42，该激光位移传感器42垂直于滑轨41设置。
83.具体的，结合图4、5、6所示，将外壳结构10设置在滑轨单元40上，然后，手指抓取两个抓取侧壁并使外壳结构沿滑轨移动，同时，激光位置传感器可以测量外壳结构移动的距离；能够理解，通过对抓取力、滑移信息和刚性移动三种信息进行定量的测量，可探究滑移状态对人手抓取力控制的定量关系，找出基于滑移状态的人手交互式抓取控制策略。
84.本技术实施例还提供一种抓取信息的测试平台，该测试平台包括测试装置和信息采集计算装置，其中，该测试装置为上述的测试装置，该信息采集计算装置包括依次通信连接的电桥采集模块50、a/d转换模块60和中央处理模块70。
85.具体的，结合图7所示，该电桥采集模块50与压力获取单元30通信连接，能够获取抓取力信息；该a/d转换模块与激光位移传感器通信连接，能够获取外壳单元的刚性位移信息；该中央处理器与图像获取单元通信连接，通过对不同时间下图像信息的比较，可以得到手指相对透明板的滑移信息；
86.当某一测试人员用两指抓取外壳结构并使之沿滑轨上下移动的过程中，手指对外壳结构施加的正压力和切向力导致板簧产生变形，此变形量通过板簧上的应变片转化为模拟电信号，并通过电桥采集模块放大，而后被a/d采集模块转化为数字电信号，被中央处理器采集；拇指和食指与外壳结构之间的接触区域通过斜45
°
放置的反射镜片反射，被内置于外壳单元中的微型相机拍摄到，并将图片实时传送至中央处理器中，通过分析不同帧图片中手指中的位置差异，从而得到手指与外壳单元之间的相对滑移；竖直方向放置的激光位移传感器将持续发射一道激光到外壳结构的板簧上，反射回来的激光将被激光位移传感器接收，从而测量出激光位移传感器到外壳结构的距离，此信息将以模拟电信号的形式发送到a/d采集模块转化为数字电信号，进而被中央处理器采集，不同时刻的距离差即为该段时间内测量块的竖直位移。
87.以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
88.本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
89.还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方案。
90.提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
91.为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本技术的实施例限制在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合均应包含在本发明保护的范围之内。