仿人手感知的纹理识别与触觉再现方法研究*

徐 远, 宋爱国, 胡素芸

(东南大学 仪器科学与工程学院，江苏 南京 210096)

0 引 言

纹理触觉感知技术在遥操作机器人、虚拟手术以及虚拟现实等多个领域都有很大的发展前景[1]。目前国内外对于纹理检测识别的研究大多为基于图像的方法，采用计算机视觉技术对于图像信息进行处理[2]。但物体表面纹理图片容易受到外部环境因素的影响，只能反映空间信息，不能反映机械性能，难以实现实时分类。

目前较为成熟的纹理检测技术为探针检测法[3，4]。但探针检测方法的测量结果只能反映轨迹线上的凹凸信息；其次，探针在物体表面滑动时容易对柔软物体造成损伤，不适用于柔性物体表面。除了探针型的装置，Kim S H等人研发的基于聚合物的微机电系统(MEMS)触觉传感器阵列设计类似人手指皮肤，只能检测到部分表面的静态接触信息[5]。东南大学仪器科学与工程学院自2013年在纹理触觉传感器方面展开研究，设计了旋转机械结构的纹理传感器，但该传感器只能在圆形轨迹上进行测量。于是，胡海桦等人提出了基于聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)的新型纹理传感器,可在二维平面上检测纹理信息，但其局限性表现在无法进行实时分类和人机交互，缺少纹理的触觉再现[6]。Yi Z K，Qin L H等人基于PVDF研制的手握笔式触觉传感器可识别表面不同粗糙度，但同样具有探针检测的局限性[7,8]。

纹理触觉再现技术主要利用力反馈技术与虚拟现实技术相结合，建立虚拟场景，基于获取的纹理信息建立力触觉环境模型，操作者通过操作力反馈设备，在虚拟场景中感受真实的力感与触感。……