近日，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院马道林副教授课题组在《International Journal of Robotics Research(IJRR)》上发表了题为“Multi-Tactile Sensor Calibration via Motion Constraints with Tactile Measurements”的研究论文。
该论文首次提出并解决了多手指机器人操作领域的一个重要基础问题——多触觉传感器标定问题。该问题主要涉及到如何通过手指的触觉测量信息来标定触觉传感器之间的空间相对姿态，这对于多手指机器人的精细操作至关重要。论文所提出的理论和标定框架不仅有助于理解本体感觉与触觉感知之间的精度差异，还为机器人多手指协调控制提供了可行的触觉-编码器混合甚至是无编码器解决方案。
近日，上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院马道林副教授课题组在《International Journal of Robotics Research(IJRR)》上发表了题为“Multi-Tactile Sensor Calibration via Motion Constraints with Tactile Measurements”的研究论文。
该论文首次提出并解决了多手指机器人操作领域的一个重要基础问题——多触觉传感器标定问题。该问题主要涉及到如何通过手指的触觉测量信息来标定触觉传感器之间的空间相对姿态，这对于多手指机器人的精细操作至关重要。论文所提出的理论和标定框架不仅有助于理解本体感觉与触觉感知之间的精度差异，还为机器人多手指协调控制提供了可行的触觉-编码器混合甚至是无编码器解决方案。
图1 多触觉传感器标定问题
在人类多指操作过程中，触觉感知被认为起到了至关重要的作用。当多个手指协同完成一项操作任务时，理论上必须将不同手指的局部触觉测量结果校准并整合到一个共同的坐标系中。这就产生了“多触觉传感器标定” 问题，其主要目的是确定这些触觉传感器/手指的相对姿态。对于每个关节都装有精确编码器的机械手来说，多触觉传感器标定可以直接通过前向运动学来完成。然而，对于低成本的灵巧手或柔性机械手来说，精确的编码器信息和几何尺寸并不总是可以获取的。更重要的是，即使手指关节没有精确的编码器，人类也能熟练地协调各个手指。了解人类解决方案背后的机制，对于为机器人灵巧操作提供更强大、更简洁的可行解决方案具有重要意义。
受上述内容的启发，并且在视触觉传感器领域长期研究的基础上，课题组针对该问题建立了理论模型并提出了解决该问题的算法框架。所提出理论的核心是：当每个手指都装备有触觉传感器的多指机械手抓取一个几何形状未知的物体时，每个手指的触觉测量数据都可以单独估计被抓取物体的刚体运动，而不同手指的估计结果应当一致对应于被抓取物体在世界坐标系下的唯一刚体运动。这种共享的刚体运动为求解多个触觉传感器之间的相对位姿关系提供了必要的运动约束方程，并可以进一步被简化为AX=XB
图2 (a)多触觉传感器标定问题示意图
(b) 坐标变换关系图
图3 仿真实验结果
该论文的第一作者为船建学院博士生余赫曦，第二作者为机动学院博士生刘琎，通讯作者为工程力学系马道林副教授。该工作得到了国家自然科学基金、上海交通大学“深蓝计划”和宁德时代上海研究院的支持。
论文链接：https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/02783649241302840
