CN1853093A - 光学式触觉传感器和使用该传感器的力矢量分布再构成法 - Google Patents

Abstract

提供一种具备由自由曲面构成的触觉部的光学式触觉传感器。其是具备触觉部和摄影手段的光学式触觉传感器，该触觉部由透明弹性体(1)和设置在该弹性体内的多个标志组构成，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色，该弹性体的表面(2)是自由曲面，该标志组沿该自由曲面配置。在物体接触到了该弹性体时由摄影手段对该有色标志的动作进行摄影。触觉传感器其理想的是指型触觉传感器。

Description

光学式触觉传感器和使用该传感器的力矢量分布再构成法

技术领域

本发明涉及光学式触觉传感器，尤其是涉及在机器人手用的触觉传感器。

背景技术

在考虑通过触觉传感器来了解接触面的接触状态时，加在接触面各点上的力是具有大小和方向的三个分量的矢量。在图1的座标系中把它表示为f(x，y)。其中由于f是矢量，所以实际上在各点其具有三个分量x、y、z。在把各自的组成部分明确进行表示时，则表示为f(x，y)＝[fx(x，y)，fy(x，y)，fz(x，y)]。

本申请的发明者等提出有能测量三维力矢量分布的光学式触觉传感器。该光学式触觉传感器在国际公开公报WO02/18893 A1中被公开，并在这里结合做出参考。该光学式触觉传感器的原理可根据图2进行说明。光学式触觉传感器包括透明弹性体1和CCD照相机。通过把配置在透明弹性体内部的球状标志3、4由CCD照相机进行摄影，来测量向弹性体表面加力时弹性体内部的变形信息，并根据该信息来再构筑力的分布。

把弹性体表面取为x-y平面，把垂直于x-y平面的方向取为z轴，通过使用CCD照相机从z方向对球状标志进行摄影，对施加力时测量点的移动进行测量以作为xy平面方向的移动矢量。然而由于信息量不足，很难从应力信息来再构力分量分布。所以，在弹性体内部不同的深度把红色球状标志、蓝色球状标志作为测量点，通过分别配置N×N个，来求出两组深度不同的二维移动矢量，通过把其作为各自不同的信息处理，从而增加信息量以再构力矢量分布。

上述的光学式触觉传感器一般来说是采用具备平面状表面的光学式触觉传感器。由于该表面作为二维图像信息而被摄影，所以采用与二维图像信息对应的平面状表面是自然的选择。且具备平面状表面的传感器其力矢量分布的再构成比较容易。

该形式的光学式触觉传感器具有这样一些优点：能测量三维力矢量分布，且具有的弹性体具备与物体接触的柔软表面。例如把该光学式触觉传感器设置在人型机器人的机器人手上的情况下，需要不使玻璃损坏掉落地抓住。为了防止玻璃掉落就需要感知在与玻璃表面平行方向上作用的力。这点，利用所述光学式触觉传感器是能做到的。在此，在考虑光学式触觉传感器的多种用途时，就需要制作不仅具备平面状表面而且具备自由的任意形状表面的触觉传感器。但再构作用在该自由曲面状表面上的力矢量分布是困难的。这里，具有自由曲面的触觉传感器公开于“使用压力传导橡胶的自由曲面型触觉传感器的研究”，Shimojo等，日本机器人学会1G24、2002。但在该传感器中没能获得力矢量分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具备自由曲面表面的光学式触觉传感器。

本发明的其他目的在于根据图像信息把作用在自由曲面状表面上的力矢量分布进行再构成。

本发明的其他目的在于提供一种机器人手用的触觉传感器或是作为计算机用接口而能使用的触觉传感器。

本发明的其他目的在于提供一种求传递函数的方法，其能使用标志信息来计算力矢量分布。

本发明涉及具备触觉部和摄影装置的光学式触觉传感器。该触觉部由透明弹性体和设置在该弹性体内的多个标志组构成，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色。该弹性体具有自由曲面状的表面(非平面表面)。摄影装置在物体接触到了该弹性体的接触面时对弹性体内该有色标志的动作进行摄影并取得标志图像信息。传感器具有根据关于标志动作的信息(例如标志的移动矢量)再构成力矢量分布的力矢量分布再构成装置。关于标志动作的信息能根据标志的图像信息得到。

通过对该有色标志的动作进行摄影，来观测在物体接触到了该弹性体时该有色标志至少一个或一个以上的位移、变形、倾斜。根据接触对象与传感器接触时的有色标志的信息，能检测透明弹性体内部的变形信息、据此计算的接触对象的形状和接触界面(包含弹性体的面、接触对象的面这双方)上作用的力的信息。根据本发明，通过把多种信息进行“色编码”的简单方法就能进行个别采集，能通过光学式同时得到多种触觉信息。根据本发明，通过“色编码”能收集超过未知数的数的独立观测值(关于标志的动作的信息)，通过稳定地解逆问题，而能推定并再构筑力矢量。

有色标志通过摄影装置，优选为CCD照相机而被摄影，并进行图像处理。例如，标志的动作就能从被摄影的标志图像而作为所求的标志移动信息来取得，把物体接触时与在此以前状态(没有外力作用在透明弹性体上的状态)的图像进行比较，检测标志的移动信息。或在平常时(没有外力作用在透明弹性体上的状态)以不能识认标志的配置状态预先把标志埋设在透明弹性体内，在物体接触到了透明弹性体时，根据由各标志存在位置周边的变形而引起的标志的位移、变形、倾斜来识认标志，根据有色标志的外观等来检测信息。或是其他的理想形式是把标志(例如是台阶状的带状标志时)的动作作为标志亮度的变化来取得。

力矢量分布再构成装置中具有传递函数，其用于根据由该摄影装置取得的关于标志动作的信息(例如物体接触到了触觉面时各标志的移动信息，即移动矢量)再构成加在触觉面上的力矢量乃至力矢量分布。传递函数是与加在传感器表面上的力信息和关于标志动作的信息(例如移动矢量)相关联的函数。在物体接触到了弹性体的触觉表面时对该有色标志进行摄影并取得标志图像，根据该标志图像取得关于标志动作的信息。作为形式之一，关于标志动作的信息是把物体接触了弹性体的接触状态的标志信息与物体没接触弹性体的正常状态的标志信息进行比较而得到的。作为形式之一，通常状态下的标志信息是作为位置信息和亮度信息这样的数值信息存储在存储装置中。关于标志动作的信息，其根据接触状态下的标志图像信息和预先存储的平常状态的标志信息就能得到。

通过把取得的信息输入到传递函数中来把力矢量作为输出来求。向传递函数中输入的关于标志动作的信息的数量比要求出的力矢量的数量多。一般来说，力矢量分布再构成装置是由具有存储装置和处理器的计算机构成的。该存储装置中存储有传递函数，并通过处理器实行计算。作为形式之一，力矢量分布再构成装置具有：第一处理器，其根据标志图像信息来计算关于标志动作的信息；第二处理器，其根据关于标志动作的信息来计算力矢量。作为形式之一，该第一处理器是局部处理器，该第二处理器是中央处理器。

传递函数也能由弹性体的形状并根据从弹性体理论导出的公式进行计算，但在弹性体表面的触觉面是自由曲面的情况下，传递函数最好是通过实测或是模拟来制作。实测或是模拟的传递函数，其是根据在配置于表面上的采样点加上例如x方向、y方向、z方向规定的力时关于标志动作的信息(例如移动矢量)来求的。

通过实测求传递函数的步骤，具有以下的步骤。在传感器的表面上离散状地配置多个采样点。取得在各采样点规定的多个方向上加上规定大小的力时关于标志动作的信息。作为理想形式之一，是规定的方向包含x方向、y方向、z方向。根据在各采样点上向x方向、y方向、z方向这样规定的方向上加的已知规定大小的力和关于标志动作的信息来制作传递函数。

具有自由曲面表面的光学式触觉传感器，作为理想形式之一，是指型传感器。指型传感器其指尖的壁部由透明弹性体形成，该透明弹性体的表面形成传感器的表面。更理想的是在该透明弹性体的背部设置有指甲状基部，在该指甲状基部上设置照相机这样的摄影装置。作为其他理想形式，是传感器具备局部处理器和中央处理器。该局部处理器根据标志的图像信息计算关于标志动作的信息，该中央处理器使用该传递函数根据关于标志动作的信息来计算力矢量分布。最好是局部处理器安装在机器人的手背或手掌上。

其他形式具有自由曲面表面的光学式触觉传感器，作为计算机接口使用。作为接口能举例制作3D图形的模拟工具的接口。在这种接口中采用的光学式触觉传感器其理想形式之一是由球状或部分球形状的弹性体构成，其具有球面或球面的部分表面。

该摄影装置的理想的形式是配置在物体接触该透明弹性体一侧的相反侧。在是具有相互不同颜色的多个有色标志的情况下，最好是仅选择某有色标志并通过个别捕捉来谋求摄影后处理上的方便。有色标志的选择例如通过使用滤色片来进行。为了使标志图像稳定化，最好在该触觉表面设置遮光层。

理想的形式是在该透明弹性体中埋设多个标志组，各标志组分别由多个标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色，且该标志组具有相互不同空间的配置。作为该不同空间的配置例子：在该弹性体的壁厚内层合状地配置的多个标志组。层合状标志组的具体例是构成该标志组的标志是球状的微细颗粒，构成各层标志组的球状标志具有相互不同的颜色。其他的空间配置包括：相互交叉配置的多个标志组。作为又其他的空间配置包括：各标志组由向相同方向延伸的多面组构成，该面的延伸方向和颜色是每个各标志组相互不同。有色标志的形状没有特别的限制，优选的是球状、圆筒状、圆柱状、带片状、平面状各形状。

附图说明

图1是表示在触觉传感器与接触对象之间产生的力矢量分布的图；

图2是光学式触觉传感器的原理图；

图3是本发明光学式触觉传感器的模式图；

图4是说明作用在接触表面上的力矢量分布和标志移动的图；

图5是在力矢量分布再构成中使用的传递函数取得方法的说明图；

图6是表示半球状触觉传感器实施例的图；

图7是表示指型触觉传感器实施例的图；

图8是表示指型触觉传感器其他实施例的图；

图9是表示指型触觉传感器又其他实施例的图；

图10是表示标志其他实施例的图；

图11是表示标志其他实施例的图；

图12是表示标志其他实施例的图；

图13是表示标志其他实施例的图。

具体实施方式

图3表示的是本发明光学式触觉传感器装置的结构，该传感器装置具有由透光性弹性部件构成的透明弹性体1，透明弹性体1具有曲面状的表面2，即用于进行触觉的表面。透明弹性体1内接近表面2处沿表面2曲面地埋设有多个有色标志3、4，由透明弹性体1和配置在弹性体内的有色标志3、4构成触觉部。

有色标志3、4由两组有色标志组构成，两组标志组分别被埋设在距离表面2不同的深度处。构成一个标志组的有色标志3和构成另一个标志组的有色标志4具有相互不同的颜色。例如一个标志组是由多个蓝色标志3构成，而另一个标志组是由多个红色标志组4构成。

当物体5接触到透明弹性体1的触觉面2时，设置在透明弹性体1内部的有色标志3、4就由该弹性体的内部变形而移动。传感器装置还具备作为摄影装置的照相机6和光源7。光学式照相机6把透明弹性体1夹在中间地被配置在物体5接触侧的相反侧位置上，通过照相机6把标志3、4的变位和动作进行摄影。光源7也可以使用例如光纤那样的波导进行引导。通过摄影装置的照相机6取得的标志3、4的图像信息被发送到构成力矢量分布再构成装置的计算机8中。力矢量分布再构成装置包括：处理器、存储部、显示部、输入部、输出部、其他安装在通用计算机上的装置。处理器计算关于图像中的标志移动和动作的标志信息(例如移动矢量)。处理器还使用标志信息(例如移动信息)和存储在存储部中的传递函数来再构成从物体5作用在表面2上的力分布。

透明弹性体1最好是由硅橡胶形成，但也可以由其他橡胶类和弹性材料等其他弹性部件形成。标志最好是由弹性部件形成，更理想的是由与透明弹性体1相同的材料构成，作为理想形式之一是在硅橡胶中加有色素的结构。由于不要由标志给弹性体本体变形带来阻碍，所以使标志也由弹性部件(最好是具有与弹性体同等弹性常数的)形成是理想的。只要标志抑制弹性体本体变形的程度是足够微小的，则标志的材质就没有特别的限定。且也可以由弹性体的一部分来构成标志。

本发明使多个光学标志分布在透明弹性体1中，把关于物体接触在弹性体1上而由弹性体1的变形而引起的该标志动作(移动)的信息通过摄影装置进行检测。在此，标志移动是作为物体接触在弹性体上的结果而由弹性体变形所引起的。图3是表示了两个标志组，但标志组的数量并不被限定，例如也可以沿表面2配置三层状的三个标志组。

作为摄影装置的照相机是数字式照相机，即把图像数据作为电信号进行输出的照相机，作为理想例之一的是CCD照相机。本发明的摄影装置并不限定于是CCD照相机，例如其也可以是使用C-MOS式图像传感器的数码照相机。如果作为标志是准备了红、绿、蓝这三种，那么为了个别地捕捉它们，有第一方法：通过摄影器件的滤色片区分，这时只要看照相机的RGB输出，就能原封不动地个别摄影各标志。第二方法：摄影器件仅捕捉光的强度，作为光源准备红、绿、蓝，使发红光时，由于仅具有来自红的标志反射光，而其他两种的标志光被吸收，所以结果是照相机仅捕捉红的标志。如果分别执行绿光和蓝光，则能得到与第一方法等价的信息。

为了根据由光学式触觉传感器得到的关于标志动作的信息(例如标志的移动矢量)来求出加在触觉传感器表面上的力矢量分布，就需要从关于标志动作的信息(例如移动信息)M向力信息F进行变换。从标志信息M向力信息F的变换是通过式子F＝HM来进行的。参照图4，以下把关于从标志信息再构成力矢量分布的方法，根据从标志的移动矢量求力矢量分布的方法进行说明。在图4中，从接触表面开始的四个箭头代表力矢量，八个水平箭头代表标志的观测移动矢量。这里，尽管为了简化的目的仅考虑了二维截面(y轴方向省去)，但是对一般三维空间的算法是一样的。

参数f是表示作用在接触表面上的力矢量，参数m、n分别表示在CCD元件上蓝标志和红标志的移动矢量。考虑了离散有限的点数(图4中是4点)。如前所述，力矢量分布各自具有三个分量(x、y、z分量)，但在此考虑二个分量(x、z分量)。一般地，以照相机摄取图像意味着三维物体的投影至二维平面的像素平面，从而仅在水平方向(x分量和y分量)的标志移动投影到平面上。这里仅观测在x方向分量的标志移动。

即f＝[fx(1)，fx(2)，fx(3)，fx(4)，fz(1)，fz(2)，fz(3)，fz(4)]这八个分量是想求的力分布，这里

m＝[m(1)，m(2)，m(3)，m(4)]，

n＝[n(1)，n(2)，n(3)，n(4)]是被测量的移动矢量。把该m、n矢量汇总而写成X。

即X＝[m(1)，m(2)，m(3)，m(4)，n(1)，n(2)，n(3)，n(4)]。

在此，把在点1上加上x方向单位力(大小是1的力)时被观测的各标志移动矢量m、n进行汇总，写成Mx(1)。即

Mx(1)＝[m(1)，m(2)，m(3)，m(4)，n(1)，n(2)，n(3)，n(4)]。

当f＝[1，0，0，0，0，0，0，0]时。

同样地，把在点1上加上z方向单位力时被观测的各标志移动矢量写成Mz(1)，把在点2上加上x方向单位力时被观测的各标志移动矢量写成Mx(2)等，以下是同样的规定。在是线性弹性体的情况下，即在所加的力分布与形变之间线性加法关系成立的弹性体(很多的弹性体满足该性质)，给予一般的力f＝[fx(1)，fx(2)，fx(3)，fx(4)，fz(1)，fz(2)，fz(3)，fz(4)]时所产生的移动矢量x，其能被如下表示：

X＝Mx(1)*fx(1)+Mz(1)*fz(1)+Mx(2)*fx(2)+...+Mz(4)*fz(4)。相反，移动矢量可如前表示意味着保持力的叠合，所以弹性体是线性弹性体。

把它以矩阵形式书写时，则成为X＝H*f，这里H＝[Mx(1)；Mx(2)；...Mz(4)]。该H有用于从力f向形变x传递的对应关系，所以被叫做传递函数。该矩阵形式写成阵元，则为：

[式1]

$\left[\begin{array}{c}m\left(1\right)\\ m\left(2\right)\\ m\left(3\right)\\ m\left(4\right)\\ n\left(1\right)\\ n\left(2\right)\\ n\left(3\right)\\ n\left(4\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccccc}\mathrm{Hmx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{1,4}\right)\\ \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{2,4}\right)\\ \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{3,4}\right)\\ \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Hmx}\left(\mathrm{4,4}\right)& \mathrm{Hmz}\left(\mathrm{4,4}\right)\\ \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{1,4}\right)\\ \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{2,4}\right)\\ \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{3,4}\right)\\ \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Hnx}\left(\mathrm{4,4}\right)& \mathrm{Hnz}\left(\mathrm{4,4}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{fx}\left(1\right)\\ \mathrm{fz}\left(1\right)\\ \mathrm{fx}\left(2\right)\\ \mathrm{fz}\left(2\right)\\ \mathrm{fx}\left(3\right)\\ \mathrm{fz}\left(3\right)\\ \mathrm{fx}\left(4\right)\\ \mathrm{fz}\left(4\right)\end{array}\right]$

其中Hmx(x1，x2)表示的是由加在座标x＝x2表面上的x方向单位力所引起的座标x＝x1上在有m标志的深度处的x方向位移量。同样地，Hnz(x1，x2)表示的是加在座标x＝x2表面上的z方向单位力所引起的座标x＝x1上在有n标志的深度处的x方向位移量。

这是单纯的矩阵乘法，x是1*8矩阵，H是8*8方阵，f是1*8分量。因此，为了从观测到的x求f，只要加上H的逆矩阵便可。即是f＝inv(H)*x(式1)，这里inv表示的是逆矩阵(归一化逆矩阵)。

按照每个要素书写时，则如式2。

[式2]

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{fx}\left(1\right)\\ \mathrm{fz}\left(1\right)\\ \mathrm{fx}\left(2\right)\\ \mathrm{fz}\left(2\right)\\ \mathrm{fx}\left(3\right)\\ \mathrm{fz}\left(3\right)\\ \mathrm{fx}\left(4\right)\\ \mathrm{fz}\left(4\right)\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cccccccc}\mathrm{Imx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{4,1}\right)\\ \mathrm{Imz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{4,2}\right)\\ \mathrm{Imx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{4,3}\right)\\ \mathrm{Imz}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{4,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{4,4}\right)\\ \mathrm{Imx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{4,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{1,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{2,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{3,1}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{4,1}\right)\\ \mathrm{Imz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{4,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{1,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{2,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{3,2}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{4,2}\right)\\ \mathrm{Imx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Imx}\left(\mathrm{4,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{1,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{2,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{3,3}\right)& \mathrm{Inx}\left(\mathrm{4,3}\right)\\ \mathrm{Imz}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Imz}\left(\mathrm{4,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{1,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{2,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{3,4}\right)& \mathrm{Inz}\left(\mathrm{4,4}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}m\left(1\right)\\ m\left(2\right)\\ m\left(3\right)\\ m\left(4\right)\\ n\left(1\right)\\ n\left(2\right)\\ n\left(3\right)\\ n\left(4\right)\end{array}\right]$

其中Imx(1，1)等是inv(H)的各要素，结果是其表示的是用于计算fx(1)的m(1)的作用。

在此重要的是，这样通过使用由传递函数决定的矩阵的逆矩阵来决定未知数的情况下，需要使未知数的个数超过被观测的数据的个数或是相同的个数。如果该要求未满足，那么很难获得逆矩阵，即未知数的个数多而不能精确求得未知数。在图4的例子中，如果只有一层标志层，力矢量分量不能精确确定，因为仅观测到四个移动矢量分量，而有八个力矢量分布有待求取(这就是传统表面分布型触觉传感器的情况)。为了解决该问题，要准备分色的两层标志组，通过取得两层标志组的各标志的移动，使独立的观测数据的个数增加到8个。

在一般的三维空间的情况下(该图是追加了y轴的情况)，一点上的力矢量是3个自由度，标志的水平移动矢量是2个自由度。假如采样点同样地是4点时，则未知数是

f＝[fx(1)，fy(1)，fz(1)，fx(2)，fy(2)，fz(2)，fx(3)，fy(3)，fz(3)，fx(4)，fy(4)，fz(4)]存在有12个，相对地，被观测的值移动矢量是

m＝[mx(1)，my(1)，mx(2)，my(2)，mx(3)，my(3)，mx(4)，my(4)]这8个，还是不足。

通过把它分为两层来观测，能得到16个观测数据，这样，就确定12个未知数。由于作为信息其是冗余的，所以能进行充分的推定。使用以上的算法根据CCD图像来推定力矢量。例如即使是使用图10～图13其他标志的其他测量方法，其测量方法实质上也是相同的。

从上面描述客看出，获得代表弹性体表面应力与内部应力之间的关系的传递函数(矩阵H)对本发明的光学式触觉传感器特别重要。这里，本发明的光学式触觉传感器本质上区别于传统的矩阵型触觉传感器。尽管传统的矩阵型触觉传感器(例如Shimojo的传感器)包括设置于传感器元件上的弹性体层，但是，其仅测量施加于每个阵列排列的传感器元件上的力，而不计算施加于弹性体表面的力矢量分布。

下面说明用于求传递函数(矩阵H)的方法。弹性理论基本上为施加于内部微分区域(例如微小立方ΔxΔyΔz)的表面(x＝0，Δx，y＝0，Δy，z＝0，Δz)的力与该微分区域(dΔx/dx，dΔy/dx，dΔx/dy，dΔy/dy，dΔz/dy，dΔx/dz，dΔy/dz，dΔy/dz)的应力之间的关系式。总体上的弹性体是由(空间上一体的)无数的微分区域构成的。

在具有某种特征的形状的弹性体(例如半无限弹性体)中，作为加在表面上的力与内部应变的函数，发现了把在所述微小区域应满足的关系式能在弹性体内部的所有部位都满足的函数公式形式。在这种情况下，只要把精细分隔的弹性体表面(触觉面)的座标和内部标志的座标带入到该函数中，就能求出矩阵H。

在此的数学式是函数G，把表面应力设定为fx(1)，把内部应变设定为m(x2，y2)时，可以以m(x2，y2)＝G(fx(1)，x2，y2)的形式从表面应力来求内部应变。这时例如在图4中向点1加力时，标志2的应变则通过m(2，y2)＝G(f(1)，2，y2)来求。其中y2是已知的标志深度。

然而，这种特征形状是罕见的，例如，即使为球形体，表面应力与内部应变的关系的函数尚未发现。根据相关的光学式触觉传感器，矩阵H是用前面的关系式，假定弹性体为半无限弹性体而取得的。业已发现，当用于半无限弹性体的关系式应用于自由曲面，例如半球面时，很难正确取得表面应力。因此，有必要将表面应力与内部应变以其它手段联系起来。

将表面应力与内部应变相联系的第一种方法是通过数值模拟。根据商业上可获得的弹性模拟软件，通过将弹性体分割成筛网，可以数值计算表面应力和每个筛网(前面提到的微小区域)的应变的关系以及相邻筛网之间关系所反映的弹性形变，这里相同幅值的力施加在界面上。因此，通过将传感器的表面分开筛网，可以通过模拟来计算当单位力在x-方向、y-方向、z-方向施加到每个筛网时各个标志的移动量。

第二方法如图5所示，是实际上加力。向具有自由曲面的弹性体触觉面上加已知的力F1、F2、F3、F4、...Fn。测量对于所加各自力的标志的移动矢量(分别是由已知的力所引起的标志移动)M1、M2、M3、M4、...Mn，并进行保存。F1是F1x、F1y、F1z这三个矢量，在加这些力时各自对应的标志的移动矢量是M1x、M1y、M1z。使用已知的力和得到的信息(移动矢量)来制作矩阵H。传递函数H是使用标志的各移动进行准备。以下进行具体说明。

在弹性体表面(触觉面)上离散地配置多个采样点。理想的是把采样点配置成覆盖触觉面整个区域。作为形式之一是触觉面上离散的多个采样点的配置是使用极座标进行配置(俯视图是配置成同心状)。其他形式是采样点配置成俯视图网格状。

在各采样点上取得在x方向、y方向、z方向上分别作用的已知大小的力和作用了该力的各自情况下的标志移动矢量的有关信息。其理想方法之一是在各采样点上分别加x方向、y方向、z方向规定的力，分别测量该时标志的移动矢量，并进行保存。加在采样点上的力矢量其x方向、y方向、z方向的取得方法，是只要是使用力矢量能表示加在触觉面上的任意的力的，其方向并不被限定。

在本发明的一方面中，在采样点设切向平面，x方向和y方向确定为在此平面上彼此垂直，z方向确定为与此平面垂直。可选择地，x-y平面设为与表面形状无关，而z方向设在与x-y平面相垂直的方向。

加在各采样点上的力是已知的力，其理想形式之一是把规定大小的力，例如100[gf]分别从x方向、y方向、z方向加在采样点上，测量各自情况下的标志移动矢量。只要加在各采样点上的力是已知的力，则也可以不一定是相同大小的力，根据不同的已知的力来测量标志移动矢量时，只要在后面把标志移动矢量的大小进行归一化(normalize)便可。

只要最终能获得将在x方向、y方向和z方向的力与标志的移动矢量相关联的信息，那么施加在各个采样点的力的方向不限于x方向、y方向和z方向。假设弹性体是线性弹性体，则可以考虑以下方法。首先，在某点施加z方向的力，并测量和存储每个标志的移动量。然后，向该点施加x-y方向的力，通过从xz分量减去在z方向的力分量可获得x方向的分量。对y方向也是相同的。

使用数学式进行说明时，则设定成

Mz(n、m)表示对于格子点n、m向z方向上加力时的标志移动，

Mx(n、m)表示对于格子点n、m向x方向上加力时的标志移动，

Mxz(n、m)表示对于格子点n、m向xz方向上加力时的标志移动时，可以认为Mxz(n、m)＝Mx(n、m)+Mz(n、m)，如果Mz(n、m)和Mxz(n、m)已知则也能计算Mx(n、m)。

同样地，不仅在一点上加力，即使在多个格子点上加力，施加的力彼此分开，也是同样的情况。

这样，根据模拟或实测来制作把力信息F和关于标志动作的信息(例如移动信息)M连接起来的传递函数，即矩阵H。光学式触觉传感器装置具有存储装置和运算处理装置，预先制作的矩阵H被存储在存储装置中。在物体接触在透明弹性体上，有任意的力作用在传感器表面上的情况下，通过摄影手段来取得标志图像。根据取得的标志图像并利用运算处理装置来测量标志移动矢量。把测量的标志移动矢量输入到矩阵H中并通过运算处理装置进行计算，把作用在弹性体表面上的力矢量分布进行输出。

把半球状触觉传感器表示在图6。构成触觉传感器触觉部的透明弹性体1是半球形状，其具有圆形平面状的底面和半球面状的表面。半球面状的表面构成表面2。透明弹性体1是半径25mm的半球体，作为透明弹性体其是使用硅制作的。在透明弹性体1的表面2上设置有黑色的遮光层。通过设置遮光层能使由CCD照相机摄影的标志图像稳定化。

在距离触觉表面2是2mm的深度处沿表面2的曲面配置了多个蓝色球状标志3而构成蓝色球状标志组，而且在距离触觉表面2是3.5mm的深度处沿蓝色球状标志组配置了多个红色球状标志4而构成了红色球状标志组。标志的间隔是4mm。标志3、4是被着色了的塑料球体。透明弹性体1的底面固定在透明丙烯酸类板9上。通过该透明丙烯酸类板9与该底面相对地配置了CCD照相机。在接近CCD照相机的部位设置了未图示的光源。通过透明丙烯板9由CCD照相机对弹性体1内部的标志3、4的移动进行摄影。图像以NTSC形式输出，并通过USB连接的俘获单元向计算机发送。

图面中表示了半球状的触觉部，但触觉部的表面只要具有球面或球面的一部分便可，触觉部实质上也可以是球状或是把球的一部分切掉的形状。触觉部的形状越接近于球面就越需要具有大视野角的摄影装置，作为视野角大的摄影装置的非限定性实例为使用了鱼眼透镜的摄影装置。

具有球面或部分球面表面的触觉传感器，作为理想形式之一其构成鼠标和键盘等输入装置以及其他的计算机接口。更具体的是具有球面或部分球面表面的触觉传感器，其能在计算机画面上如处理粘土那样在制作3D图形的模拟工具接口上使用。通过把手按压在表面上进行抓握、摩擦，就能把加在表面上的力由传感器感知，把其信息向计算机的处理部发送，能使画面上显示的物体的形状变形或是研磨物体的表面。

把指型触觉传感器表示在图7。指型触觉传感器具有与人的指尖类似的形状，相当于指尖肉部的部位由透明弹性体1形成，把相当于指尖表面的部位作为表面2，在指尖肉部相反侧的表面上设置了由铝材形成的指甲状部件10。指型触觉传感器具有高度23mm、长35mm、宽23mm的整体形状，透明弹性体1使用的是硅胶。透明弹性体1的表面2，其与实际指尖肉的表面的轮廓是同样的，是由曲面状的表面构成。

在构成指尖肉部的透明弹性体1内距离曲面状的表面2是2mm的深度处沿表面2以3mm的间隔配置有多个蓝色球状标志3，多个蓝色球状标志3构成了蓝色球状标志组。在距离曲面状的表面2是3mm的深度处沿蓝色球状标志组以2mm的间隔配置有多个红色球状标志4，多个红色球状标志4构成了红色球状标志组。在表面2上设置有黑色遮光层。通过设置遮光层能使由CCD照相机摄影的标志图像稳定化。

在指甲状基部10的基端侧一体形成有倾斜片11，其与构成指尖表面的表面2相对地倾斜状地延伸，倾斜片11构成摄影装置60的安装部。摄影装置60是前端具备CCD元件的视频示波器，视频示波器的基端侧连接在计算机上。CCD元件与指尖的表面，即表面2和标志3、4相对地安装在倾斜片11上。在倾斜片11的弹性体侧位于弹性体与CCD元件之间配置有透明丙烯板(acrylic plate)9。在CCD元件近旁设置有未图示的光源。使用视频示波器把弹性体1内部的标志3、4进行摄影，其图像向计算机发送。

在倾斜片11的端部形成有安装部12，其用于对于机器人手安装并支承触觉传感器能自由装卸。如图7所示，安装部12具有螺钉孔，通过设置在机器人手上的未图示的螺钉旋合在该螺钉孔内来支承触觉传感器体。在图7的指型触觉传感器中没有与位于实际指尖的末骨节相当的部件，但安装部12是位于末骨节与中骨节的接头部，能把安装部12考虑成相当是关节或是指骨的一部分。

把触觉部安装在机器人手上的方法并不限定于是上述的。也可以把CCD元件等摄影装置设置在设置有固定用螺钉孔的部位上。或也可以通过使光纤的前端面临透明弹性体而把构成摄影装置的CCD元件配置在从弹性体离开的部位处。例如也可以把指型触觉传感器分别设置在机器人的五根手指前端，把来自各指型触觉传感器的标志信息通过共同的CCD元件进行摄影，并向计算机发送。

但具备视频示波器和光纤的指型触觉传感器，其有不能得到宽广视野角的缺点。为了提供小型指型触觉传感器，最好视野角是90度或更大。若视野角不充分的话，则就需要从离开标志的场所进行摄影，不能使传感器小型化。且光纤和视频示波器的镜头仅具有约60度的视野角。光纤还难于得到足够的解析度。

图8表示了用于解决上述问题的指型触觉传感器实施例。指型触觉传感器具有与人指尖的形状类似的形状，与指尖肉部对应的部分由透明弹性体1形成，与指尖表面对应的部分构成表面2。与指尖肉部表面相对的表面上设置了由铝构成的指甲状部件100。透明弹性体1由硅形成。透明弹性体1的表面2具有与实际指尖的表面或轮廓类似的曲面。透明弹性体1内，构成蓝色球状标志组的多个蓝色球状标志和构成红色球状标志组的多个红色球状标志配置在距离该曲面的不同深度处。表面2上设置有黑色遮光层。指甲状部件100设置在透明弹性体1的背面并支承透明弹性体1。

摄影装置60由CCD元件和CMOS元件这样的摄影元件和具备大于或等于90(实施例是110度)视野角的镜头构成。指甲状部件100具有用于安装摄影装置60的开口。摄影元件安装在指甲状部件100的开口处，镜头朝向标志3、4和表面。在指甲状部件100与透明弹性体2之间设置了板70。板70起到光导或光源的作用。

图9是指型触觉传感器的其他实施例。如图9所示，在五根手指的各指上设置了具备标志的透明弹性体和具有照相机这样摄影装置的触觉部。图9的指型触觉传感器具有局部处理器和中央处理器(未图示)。局部处理器设置在末端上，例如设置在与手心或手掌对应的部位处。作为局部处理器例如是FPGA装置。中央处理器设置在基端。安装在指尖上的各照相机电连接在局部处理器上，由各照相机得到的各数据发送到局部处理器中，其根据得到标志图像信息计算关于标志移动的信息。局部处理器电连接在中央处理器上，并把关于标志移动的信息向中央处理器发送，其根据关于标志移动的信息来计算力矢量分布。由于图像信息包含有大量的信息，所以通过USB和IEEE1394这样的数据传送标准把图像信息以理想的速度进行传送是困难的。图9所示的形式中，为了再构成力矢量分布，其把必要的信息(例如关于标志移动的信息)通过设置在照相机附近的局部处理器进行提取，被提取出的信息的量比原来的图像信息大为减少，而向中央处理器传送。

本发明根据理想形式之一的球状标志进行了说明，但本发明中使用的标志形状和配置结构并不限定于前面所述。下面根据图10到图13来说明其他的标志形状和配置结构。关于这些标志的详细情况能参照国际公开公报WO02/18893A1中的记载。且标志的形状和配置形式并不限定于是图示的或是所述国际公开公报中所记载的。图11、图12为了方便而表示了具备平面状接触面的触觉传感器，但能把这些标志的配置结构在具有自由曲面表面的触觉传感器中采用。

图10是表示的由具有微小断面的极细圆筒体或极细圆柱体构成的有色标志。在透明弹性体1的厚度内距离表面2的不同深度中，配置有两个标志组。多个极细蓝色柱状标志30而构成的蓝色标志组被埋设在表面2的近旁。多个极细红色柱状标志40而构成的红色标志组被埋设在比蓝色标志组深的部位处。标志沿接触在弹性体上的物体和连接照相机的假想线延伸。各标志的配置形式并不限定于图中所示，且也可以设置相互具有不同颜色的大于或等于三个的标志组。

图11的上图表示在弹性体1内台阶状配置的倾斜面状的面标志300、400。最好是弹性体1的部分(台阶状的界面)形成标志300、400，但也可以把其他体的面标志埋设在弹性体1内。台阶状的界面能划分成具有两个相同方向的面组。把各自的组预先着色成相同颜色(一侧的界面300是蓝色，而另一侧的界面400是红色)。通过观测某点上两色的亮度，就能得到把该点力矢量的水平、垂直分量作为信息而包含的观测值。通过读出它们就能再构成力矢量的面分布。

图11的上图中表示了两色的带状面标志，但也可以使用具有三色的面标志。如图11的下图那样使用在底面上集合微细立方体的所谓棱锥结构，只要把向同一方向的三组面组分别着色成同一颜色(例如Red、Green、Blue)，通过三色亮度的比率就能把水平加在接触面上的力的自由度、通过三色的合计亮度就能把垂直加在面上的力分别求出。

图12表示的是在弹性体内把由多个并列设置的红色薄壁带片构成的标志组和由多个并列设置的蓝色薄壁带片构成的标志组这两个标志组，相互交叉(图中所示的是正交)地进行配置。多个标志组的空间配置关系并不限定于此。且也可以把构成标志的带片正反面由不同的颜色形成。图11中带片标志的面部是沿观测方向延伸的，但该带片标志的面部也可以对于观测方向倾斜状地延伸。

图13表示的是具有多个平面标志的触觉部。平面标志平常是通过隐蔽标志被隐蔽的。平面标志被区划成多个部位，各部位被付与相互不同的颜色，各平面标志上具有同色的部位就构成了标志组。该平面标志和该隐蔽标志以相互存在有间隔地设置在该透明弹性体内，在该透明弹性体上没有力作用的状态下，该平面标志被隐蔽而观测不到。是当产生剪切变形时，隐蔽标志和有色标志的位置偏离，并着色的结构。图中所示圆形标志是从圆的中心分成三等分，分割成三个扇状部，分别被涂成红色、绿色、蓝色，能从产生的颜色而知道变形的方向。

工业实用性

本发明能广泛适用于触觉传感器，作为合适的例子是在机器人手用的触觉传感器和计算机用的接口中使用。

Claims (29)

1.一种光学式触觉传感器，包括：

触觉部，其包括透明弹性体和设置在该弹性体内的多个标志组，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色，该弹性体的表面是自由曲面，

摄影装置，其在物体接触到了由该弹性体的自由曲面构成的表面时对该有色标志的动作进行摄影并取得标志图像信息，

力矢量分布再构成装置，其具有传递函数，通过该传递函数，根据从该标志图像信息取得的关于标志动作的信息再构成施加在该表面上的力矢量，并且所述力矢量分布再构成装置使用该传递函数并根据关于标志动作的信息再构成施加在该表面上的力。

2、如权利要求1所述的光学式触觉传感器，其中，该传递函数是通过实测求出的。

3、如权利要求1所述的光学式触觉传感器，其中，该传递函数是通过模拟求出的。

4、如权利要求1到3的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，该传递函数是根据在配置于该表面上的采样点上分别施加到多个规定方向的规定大小的力时的关于标志动作的信息而求出的。

5、如权利要求4所述的光学式触觉传感器，其中，所述规定的方向包含x方向、y方向和z方向。

6、如权利要求1到5的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，该传感器是指型传感器，其指尖的肉部由透明弹性体形成，该透明弹性体的表面形成指尖的表面。

7、如权利要求6所述的光学式触觉传感器，其中，在该透明弹性体的背部设置有指甲状基部，该指甲状基部支承该弹性体。

8、如权利要求7所述的光学式触觉传感器，其中，该摄影装置安装在该指甲状基部上并与该指尖的表面相对。

9、如权利要求7所述的光学式触觉传感器，其中，该摄影装置安装在指甲体的端部上并与该指尖的表面相对。

10、如权利要求1到5任一项所述的光学式触觉传感器，其中，该透明弹性体的表面具有球状或包括半球的部分球的形状。

11、如权利要求1到10的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，所述力矢量分布再构成装置具有存储装置和处理器，该存储装置存储该传递函数，该处理器根据标志图像信息计算关于标志动作的信息，并使用该传递函数且根据关于标志动作的信息来计算力矢量分布。

12、如权利要求11所述的光学式触觉传感器，其中，所述力矢量再构成装置具有第一处理器和第二处理器，该第一处理器根据标志图像信息来计算关于标志动作的信息，该第二处理器使用传递函数并根据关于标志动作的信息计算力矢量分布。

13、如权利要求1到12的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，所述标志的动作包含标志的位移、变形和倾斜的至少一个。

14、如权利要求1到13的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，所述标志的动作是以标志的移动信息取得的。

15、如权利要求1到13的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，所述标志的动作是以标志的亮度变化取得的。

16、如权利要求1到15的任一项所述的光学式触觉传感器，其中，所述标志组具有相互不同空间的配列。

17、一种指型光学式触觉传感器，包括：

一个或多个透明弹性体，各透明弹性体构成指尖的肉部，该指尖的肉部具有自由曲面表面；

设置在各弹性体内的多个标志组，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色；

一个或多个摄影装置，在物体接触到由该一个或多个弹性体的自由曲面的表面时，对该有色标志的动作进行摄影并求出标志的图像信息；

力矢量分布再构成装置，其根据从该标志的图像信息求出的关于标志动作的信息来求出施加在该表面上的力。

18、如权利要求17所述的指型光学式触觉传感器，其中，所述传感器具有一个或多个指甲状基部，各指甲状基部设置在所述一个或多个透明弹性体的各自背部上，各指甲状基部支承各透明弹性体。

19、如权利要求18所述的指型光学式触觉传感器，其中，所述一个或多个摄影装置分别安装在各指甲状基部上并与指尖表面相对。

20、如权利要求18所述的指型光学式触觉传感器，其中，所述一个或多个摄影装置分别安装在各指甲体的基端部位上并与指尖表面相对。

21、如权利要求17到20的任一项所述的指型光学式触觉传感器，其中，该力矢量分布再构成装置具有用于根据从该取得的关于标志动作的信息再构成施加在表面上的力矢量的传递函数，该力矢量分布再构成装置使用该传递函数并根据关于标志动作的信息求出加在该表面上的力。

22、如权利要求21所述的指型光学式触觉传感器，其中，所述力矢量分布再构成装置具有存储装置和处理器，该存储装置存储该传递函数，该处理器根据标志图像信息计算关于标志动作的信息，并使用该传递函数且根据关于标志动作的信息计算力矢量分布。

23、如权利要求22所述的指型光学式触觉传感器，其中，所述力矢量再构成装置具有局部处理器和中央处理器，该局部处理器根据标志的图像信息计算关于标志动作的信息，该中央处理器使用该传递函数并根据关于标志动作的信息来计算力矢量分布。

24、一种力矢量分布再构成方法，其使用权利要求1到23任一项所述的光学式触觉传感器，该方法包括以下步骤：

通过在物体接触到该弹性体的触觉面时对该有色标志进行摄影，取得一个或多个标志图像；

从一个或多个标志图像取得关于标志动作的信息，该信息的数量多于有待取得的力矢量的个数；

使用该传递函数并根据取得的信息再构成力矢量分布。

25、如权利要求24所述的力矢量分布再构成方法，其中，所述传递函数是根据以下步骤求得的：

把多个采样点离散状地配置在弹性体的表面上；

在对各采样点在多个规定方向上加上规定大小的力时取得关于标志动作的信息；

从在各采样点在所述规定方向上施加的已知的规定大小的力和关于标志动作的信息来获得传递函数。

26.如权利要求25所述的力矢量分布再构成方法，其中，所述规定的方向包含x方向、y方向和z方向。

27、一种传递函数取得方法，该传递函数是权利要求1到23所述的光学式触觉传感器中的传递函数，该方法包括以下步骤：

把多个采样点离散状地配置在弹性体的表面上；

在对各采样点在多个规定方向上加上规定大小的力时取得关于标志动作的信息；

从在各采样点在所述规定方向上施加的已知的规定大小的力和关于标志动作的信息来取得传递函数。

28、如权利要求27所述的传递函数取得方法，其中，所述规定的方向包含x方向、y方向和z方向。

29、一种光学式触觉传感器，包括：

触觉部，其包括透明弹性体和设置在该弹性体内的多个标志组，各标志组分别由多个有色标志构成，构成不同标志组的标志的每组具有相互不同的颜色，该弹性体的表面是自由曲面，

摄影装置，其在物体接触到了由该弹性体的自由曲面构成的表面时对该有色标志的动作进行摄影并取得标志图像信息，

存储装置，其存储传递函数，该传递函数用于根据该关于标志动作的信息再构成加在表面上的力矢量；

一个或多个处理器，其根据标志的图像信息计算关于标志动作的信息，并使用传递函数根据关于标志动作的信息计算施加在所述表面的力矢量。

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