机器人与触觉传感技术的碰撞，一文初探人类与机器人的触觉传感(4)

机器人触觉传感有着众多应用场景：比如在操作任务中，使用触觉信息作为机器人的控制参数，例如，接触点估计信息、表面法向和曲率等；在抓握任务中，通过测量法向静态力来检测物体滑动情况，例如，将接触力的测量值用于辅助抓握力控制，这对于机器人保持稳定抓握至关重要；在机器人的灵巧操作任务中，判断施加操作用力的方向也是至关重要的，例如，通过调节法向力和切向力之间的平衡，能够保证抓握的稳定性。
图 2 给出了一个在指尖、指骨和手掌上配置触觉传感器的机器人手示例[3]。具备高空间和时间分辨率的触觉传感器为手部提供了丰富的触觉信息，进而用于辅助机器人执行复杂任务，例如，探索未知对象、工具使用和手部操作等。

图 2. 阴影灵巧手（左）被触觉皮肤覆盖（中间），以便在多个位置提供触觉信息（右侧渲染图中突出显示的绿色区域）[3]
触觉传感器也可以嵌入机器人的其他身体部位，如手臂、躯干（图 3 中 NAO 机器人示例）、腿和脚。由这些部位反馈的触觉信息与辅助机器人绕行障碍物、完成人机交互和移动等任务密切相关[3]。

图 3. NAO 类人机器人覆盖着一层多模人造机器人皮肤，提供振动、温度、力和接近信息[3]
文献 [2] 引入了触觉传感，结合传统的视觉和听觉，机器人的感知 - 控制 - 行为的架构系统以图 4 的形式展示出。其中，左侧图表示将触觉感知过程被划分为功能块，在不同的层次上描述传感过程、感知和控制行为。图 1 的右侧示出了与这些功能块相对应的硬件的结构块。传感过程（Sensing）将外界刺激（如压力、振动和热刺激）转化为触觉传感器传感元件的变化。利用嵌入式数据处理单元采集、调节和处理这些数据，然后将其传输到更高的感知层（Perception）。感知层的任务是构建用于生成感知交互对象特性（如形状和材料特性）的模型。在感知阶段，触觉还可能还会与视觉和听觉等其他感知方式相融合（Fusion）。最终，在控制层（Action）中机器人根据融合的知识执行控制命令，使用控制器完成动作。