近日，中國科學院自動化研究所智能機器人系統(tǒng)研究部研究員王碩團隊在機器人多模式視觸覺感知領(lǐng)域取得進展。團隊針對高精度多模式觸覺傳感提出基于雙目視覺的視觸覺傳感技術(shù)路線——GelStereo系列，推動機器人視觸覺傳感及靈巧操作領(lǐng)域的發(fā)展。該研究成果發(fā)表于IEEE Transactions on Industrial Electronics。
　　機器人多模態(tài)感知及靈巧操作是邁向下一代類人及通用機器人技術(shù)研究的關(guān)鍵內(nèi)容，在工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療康復(fù)及航天航空等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但在多模式視觸覺感知方面，相比于視覺傳感器及感知算法的飛速進展，觸覺傳感技術(shù)發(fā)展緩慢，進一步遲滯著機器人多模態(tài)感知及接觸-豐富操作任務(wù)中的操作技能學習。
　　傳統(tǒng)的觸覺傳感器多為貼片式陣列傳感器，通常將觸摸信號轉(zhuǎn)化為不同電信號，進而從電信號分布中間接恢復(fù)出其他不同的接觸模式信息，如接觸力、接觸形狀。這類觸覺傳感器具有集成簡易、采樣率高等優(yōu)勢，但因為制作工藝復(fù)雜也存在著空間分辨率不高、成本高昂及容易損壞等問題，嚴重阻礙了其大規(guī)模應(yīng)用。近年來，以GelSight傳感器為代表的視觸覺傳感技術(shù)在觸覺精密測量、機器人抓取與靈巧操作等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，它們將觸覺信息轉(zhuǎn)化為膠體層的形變進而使用視覺算法獲取多模式觸覺信息。此類傳感器突破了大多數(shù)技術(shù)路線無法獲取稠密接觸幾何形狀的難題，但因為光度立體算法的使用，對光源結(jié)構(gòu)要求較高，且光照分布一致性的要求阻礙了其在多曲率仿生指尖結(jié)構(gòu)中的部署，在具體應(yīng)用場景中依然受限。
　　針對上述問題，自動化所智能機器人系統(tǒng)研究部提出基于雙目視覺的視觸覺傳感技術(shù)路線——GelStereo系列，嘗試解決因光度立體算法的使用帶來的光源及結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，并實現(xiàn)了包括接觸幾何形狀重建、滑動檢測、稠密三維力測量等在內(nèi)的高精度多模式觸覺感知功能，拓寬技術(shù)應(yīng)用場景，推動多模式視觸覺傳感領(lǐng)域發(fā)展。
　　GelStereo系列采用立體視覺技術(shù)捕捉接觸膠體層的形變信息，進而通過不同的視覺算法與接觸模型相結(jié)合實現(xiàn)各類**觸覺感知功能。具體而言，GelStereo采用視覺算法捕捉標記點(高于1mm空間分辨率)位移場變化實現(xiàn)對接觸表面滑動場的測量，并通過有限元分析與接觸力模型結(jié)合實現(xiàn)對稠密陣列三維力的測量。該研究目前已成功應(yīng)用于不同Gripper指尖并完成抓取物體姿態(tài)估計、插拔旋擰等各類機器人感知與靈巧操作任務(wù)。
　　此外，該系列采用自監(jiān)督學習的方式實現(xiàn)了對整個接觸表面的深度重建，具有結(jié)構(gòu)泛化性，使其可以應(yīng)用于多曲率接觸表面，拓寬了視觸覺傳感器在高精度觸覺幾何形狀測量領(lǐng)域的使用前景，即將應(yīng)用于腕部觸覺傳感器、多指靈巧手仿生指尖等更具有挑戰(zhàn)性的集成場景，在精密觸覺測量、機器人交互感知、靈巧抓取與操作領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值。