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多方向触觉传感器OmniTact传感器在机器人全方位感

发布日期:2020-10-05 11:56

  由于低成本和丰富的触觉信号吸引了基于学习的机器人领域研究人员的大量关注。GelSight被用于

  GelSight传感器在基于学习的方法下工作良好主要是由于它可以输入高分辨率的触觉图像,从中可以获取包括目标几何外形、表面纹理、法向量、剪切力等丰富的特征,这些信息对于机器人的控制十分重要。

  触觉图像可以利用标准的计算机视觉卷积网络进行处理,由此出现了一系列广泛的研究成果:Calandra等人基于GelSight数据利用自监督的方法训练了抓取成功分类器的模型;Tian等人则提出了基于视频预测的控制算法Visual Foresight,使得机器人可以基于纯粹触觉图像来掷骰子;Lambeta等人还提出了一种基于GelSight图像的强化学习算法应用于手工操作。

  但将GelSight传感器应用于实际工作中还受限于尺寸和视场问题。目前的GelSight传感器都只有单个方向具有传感能力,同时尺寸较大不方便在实际操作中使用。在这篇文章中,研究人员提出了一种更为紧致的全向传感器,可以实现像人类手指一样的全方位感知,为感知运动学习提供了新的思路。

  下图显示了先前的触觉传感器和目前的新型传感器对比图,左图是标准的GelSight传感器,基于webcam来捕捉硅胶外壳形变的高分辨率图像,内部由不同颜色的光照射,为触觉提供了丰富的彩色图像。可以看到其视野只有朝向外部的一个方向,并且传感器的尺寸较大表面较为平滑,感受野较小,分辨率较低(~400x400pixels),不适宜较小物体的触觉感知。而商用的OptoForce力传感器则只能提供比较单一的力矢量,无法满足精细化的操作要求。

  而OmniTact的设计则克服了这些确定,它配备了多个方向摄像头和高分辨率的感知结果,同时弯曲硅胶曲面包裹的传感器更为紧凑适应性更好(上图中右侧灰色矩形代表了摄像头,橙色线则表示感知视野)。与GelSight相似,OmniTact也利用了嵌入在硅胶外壳内的摄像头来捕捉形变信息,可以提供包括剪切-法向力、目标位姿、几何形状、材料特性等丰富的信息。

  OmniTact的特点在于使用了多个相机同时实现高分辨率和多方向感知能力,制作成像手指一样小巧外形的传感器可以被集成到夹爪或者机器手上。OmniTact利用了内窥镜中的微型相机来保证了传感器的小型化,并将硅胶直接灌注在了相机表面。下图显示了传感器获取的接触图案:

  OmniTact的目标在于尽可能的紧凑,研究人员使用了常用于内窥镜中大视场短焦距的微型相机,尺寸为1.35x1.35x5mm焦距为5mm,安放于3D打印的支架上。下图显示了垂直方向和水平方向上的横截面图,其中浅灰色代表了每个相机的视野,在减小盲区的基础上实现了较小的传感器直径(30mm)。

  垂直和水平横截面视图,浅灰色代表(相机)传感器感受范围,垂直方向达到了270度,水平方向则达到了360度全向(仅仅有少许的盲点)。

  为了展示这种传感器的能力,研究人员选择了具有挑战性的插插座任务,仅仅依靠触觉传感器信息将充电头插到墙上的插座里。这一任务既需要定位插头相对于夹爪的位置,又需要定位夹爪相对于墙上插座的位置。

  为了学习插入任务,研究人员使用了简单的模仿学习算法,基于OmniTact触觉图像来估计将插头插入插座的末端位移。在仅仅使用键盘控制100次训练后,模型就能很好地完成任务了。

  下表显示了使用OmniTact传感器带来的成功率提升,证明了多方向触觉传感器是解决这类问题的关键所在。而使用单方向或者力传感器成功率都大幅下降。

  研究人员认为更为紧凑、全面、清晰的视觉传感器对于通用机器人任务和各领域的遥操作等应用具用重要意义,未来将继续探索小型化和低成本化的传感器,使其适应于更大的应用范围。

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  AR1337 CMOS成像传感器 13 MP 采用SuperPD™PDAF技术

  是一款采用SuperPD™PDAF技术的13万像素CMOS成像传感器。这款先进的传感器具有独特的PDAF微透镜和PDAF图案技术,在低光照条件下具有出色的自动对焦性能。采用1.1μm像素构建,提供符合行业标准的1 / 3.2“光学格式,使AR1337具有适合大批量设计的尺寸。图像质量由领先的量子效率和灵敏度驱动,同时保持低读取噪声。这种组合可在明亮的日光或低室内照明条件下提供出色的图像。 AR1337以每秒30帧的速度运行在13 MP,并支持每秒30帧的4k2k视频和高达每秒60帧的全高清1080P视频。 特性 优势 SuperPD™PDAF技术 领先的低光自动对焦性能 独特的PDAF图案和微透镜技术 高精度相位检测自动聚焦(PDAF)功能 片上坏像素校正和AF计算 简化的相机模块积分校准和与后端应用处理器的集成 具有低读取噪声的高量子效率和灵敏度 卓越的图像质量,尤其是在光线不足 应用 终端产品 智能手机相机 平板电脑相机 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...

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  美半导体的AR0239是一款1 / 2.7英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为1936(H)×1188(V)。它可以在线性或高动态范围模式下捕获图像,并具有滚动快门读数。它包括复杂的相机功能,如像素内装箱,窗口以及视频和单帧模式。它专为低光和高动态范围的场景性能而设计。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR0239可以产生非常清晰,锐利的数码照片,并且能够捕捉连续视频和单帧,使其成为各种应用的理想选择,包括监控和高清视频。 特性 以90 fps的速度拍摄2.3Mp以获得出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.7英寸 1080p模式适用于16:9视频 卓越的低光性能 3.0um大背面照明像素技术 支持线读数以启用HDR处理ISP芯片处于1080P和30fps 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头着色校正 用于精确帧率控制的从模式 数据接口: - HiSPi(SLVS) - 4个车道 - MIPI CSI-2 - 4车道 - 平行 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 多相机同步支持 高速可配置上下文切换 具有灵...

  美半导体专注于卓越的像素性能,为该传感器的卓越图像质量奠定了基础,具有卓越的色彩精度,低光灵敏度和低噪声水平.AR0542是一款1/4英寸CMOS有源像素数字图像传感器集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程,功耗非常低。 应用 移动 电路图、引脚图和封装图

  是一款1 / 2.5英寸CMOS数字图像传感器,有源像素阵列为2592(H)x 1944(V)。它通过滚动快门读数捕获线性或高动态范围模式的图像,并包括复杂的相机功能,如分档,窗口以及视频和单帧模式。它专为低亮度和高动态范围性能而设计,具有线读出功能,可在ISP芯片中支持片外HDR。 AR0521可以产生非常清晰,锐利的数字图像,并且能够捕获连续视频和单帧,使其成为安全应用的最佳选择。 特性 5 Mp为60 fps,具有出色的视频性能 小型光学格式(1 / 2.5英寸) 1440p 16:9模式视频 卓越的低光性能 2.2 m背面照明像素技术 支持线读出以启用ISP芯片中的HDR处理 支持外部机械快门 片上锁相环(PLL)振荡器 集成颜色和镜头阴影校正 精确帧率控制的从属模式 数据接口:♦HiSPi(SLVS) - 4个车道♦MIPI CSI-2 - 4车道 自动黑电平校准 高速可配置上下文切换 温度传感器 快速模式兼容2线接口 应用 终端产品 视频监控 高动态范围成像 安全摄像头 行动相机 车载DVR 电路图、引脚图和封装...

  图像传感器是一款1 / 3.2“光学格式1.4微米像素传感器,能够以每秒42帧的速度捕获其完整的8 MP传感器分辨率,以60fps的速度捕获1080P视频.A-PixHS(tm )技术将安森美半导体的第二代背照式(BSI)像素技术和先进的高速传感器架构结合在一起,实现了许多创新功能。它旨在实现低z高度相机模块,以满足OEM和移动设备制造商的需求。 特性 高动态范围 应用 移动 电路图、引脚图和封装图...

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