日本研究人员开发出新系统ConTac 可用于连续体机器人形状和接触检测

盖世汽车讯 在自然界中，许多生物都表现出非凡的灵巧性，如拥有灵活触手的章鱼或拥有长鼻的大象。受这些自然结构的启发，研究人员致力于开发能够提供鲁棒性和安全性且具有高度灵活性的连续体机器人。

理想情况下，连续体机器人的特点是多自由度（DOF）和多关节，且数量超过大多数任务所需。这些特性使它们能够动态调整和修改自己的形状，从而避开障碍物和意外情况。然而，由于它们的运动十分复杂，因此很难确定其形状和运动特征。

传统的分析技术依赖于复杂的建模来解决连续体机器人的运动学和动力学问题，从而增加了计算成本。另外，连续体机器人内置的柔性传感器也可以用来跟踪其形状和运动，但这种方法需要许多低分辨率的传感器，会使系统变得繁琐。

还有一种更有前景的解决方案是在连续体机器人的末端使用单个传感模块。然而，之前在这方面的研究大多集中在机器人的姿态上，并没有解决接触检测问题。

据外媒报道，针对这一差距，日本北陆先端科学技术大学院大学（JAIST）Van Anh Ho副教授领导的研究团队开发出名为ConTac的新系统，可以确定具有柔软皮肤的机械臂的形状和接触情况。

图片来源：JAIST

Ho博士解释道：“该系统的最终目标是部署到连续体机器人中，但在这项研究中，我们侧重于使用关节式机械臂和柔软皮肤进行感知验证。”

ConTac系统由模拟连续体机器人弯曲的骨架、带有标记的柔软皮肤、观察皮肤变形的摄像头、皮肤形状和接触传感模型以及接触感知控制机制组成。该系统可以应用于任何ConTac装置或具有相同机制和外形的机器人，且无需进行任何校准。

ConTac装置是一个组装好的连续体仿真机械臂，具有骨干和柔软的皮肤。研究人员还为该系统开发出基于导纳的控制器，可利用感知信息来指导机械臂的运动。此外，ConTac装置具有成本效益，可以用常规材料制造。

图片来源：JAIST

该创新系统采用了两种深度学习模型，用于柔性连续体皮肤的形状重建和接触检测。这些模型完全使用仿真图像进行训练，然后直接适应真实的机器人，而无需进行微调，从而节省了时间和资源。该系统的可转移性在两个不同的ConTac装置上进行了测试，这两个装置在没有任何额外调整的情况下性能相似。

Ho博士强调了这项研究的重要性，他表示：“ConTac系统旨在应用于各种机器人系统，而无需进行复杂的调整。配备该系统的柔性机械臂非常适合智能农业和医疗保健服务，在这些领域，机器人必须在障碍物众多的环境中导航，并与人类安全互动。它们的柔软性和灵活性，再加上感知周围环境的能力，使它们非常适合与植物和病人互动。”

该框架中使用的传感和控制原理可用于开发新的触觉传感器，这些传感器可以连接到任何现有的机器人系统上，为安全的人机交互提供新的传感和控制范式，而不会改变机器人的原始设计。

Ho博士总结道：“想象一下，在这样一个社会里，每个机器人和机器都有触觉，这种转变将彻底改变工业和日常生活。”