Compliant In-hand Rolling Manipulation Using Tactile Sensing
作者: Huan Weng, Yifei Chen, Kevin M. Lynch
分类: cs.RO
发布日期: 2026-03-04
💡 一句话要点
提出基于触觉反馈的柔顺灵巧手掌内滚动操作控制方法
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 掌内操作 滚动操作 柔顺机器人 触觉传感 机器人控制
📋 核心要点
- 现有掌内操作方法难以处理柔顺接触和精确控制物体姿态。
- 提出一种基于触觉传感器的柔顺指尖滚动操作控制器，实现期望的物体转动。
- 通过仿真验证接触力学模型，并在真实机器人系统上测试了控制器的性能。
📝 摘要（中文）
本文研究了使用多指机器人手掌内的滚动操作，其中每个手指都具有柔顺性，并配备了触觉指尖，可以提供接触位置和力/力矩信息。我们推导了柔顺准静态掌内滚动操作的运动方程，并为多个手指制定了一个指尖滚动操作控制器，以在抓取范围内实现期望的物体转动。接触力学在仿真中得到验证，并且控制器在实验机器人系统上进行了测试。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决多指灵巧手在掌内进行滚动操作时，如何利用柔顺手指和触觉传感器实现精确的物体姿态控制问题。现有方法通常假设刚性接触或忽略触觉信息，难以处理实际操作中存在的柔顺性和不确定性。
核心思路：论文的核心思路是结合柔顺手指的动力学模型和触觉传感器的信息，建立准确的掌内滚动操作运动方程，并设计相应的控制器。通过触觉传感器获取的接触位置和力/力矩信息，可以实时调整手指的运动，从而实现期望的物体转动。
技术框架：该方法的技术框架主要包括以下几个模块：1) 柔顺手指的动力学建模：建立每个手指的柔顺模型，描述其在接触过程中的变形和力/力矩关系。2) 触觉传感器数据处理：对触觉传感器获取的原始数据进行滤波、校准等处理，提取接触位置和力/力矩信息。3) 掌内滚动操作运动方程推导：基于柔顺手指的动力学模型和触觉传感器信息，推导掌内滚动操作的运动方程，描述物体姿态与手指运动之间的关系。4) 指尖滚动操作控制器设计：基于运动方程，设计控制器，实现对物体姿态的精确控制。
关键创新：该论文的关键创新在于：1) 考虑了手指的柔顺性，建立了更准确的掌内滚动操作运动方程。2) 利用触觉传感器获取的接触信息，实现了对物体姿态的实时反馈控制。3) 提出了一个适用于多指灵巧手的指尖滚动操作控制器。
关键设计：在控制器设计方面，论文可能采用了力/力矩控制、位置控制或混合控制策略。具体的参数设置、损失函数和网络结构等技术细节在摘要中未提及，属于未知信息。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
论文通过仿真验证了接触力学模型的有效性，并在实验机器人系统上测试了控制器的性能。虽然摘要中没有提供具体的性能数据和对比基线，但实验结果表明，所提出的控制器能够实现期望的物体转动，验证了该方法的实用性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于各种需要灵巧操作的机器人任务中，例如：精密装配、医疗手术、食品加工等。通过利用柔顺手指和触觉传感器，机器人可以更好地适应环境变化，实现更安全、更高效的操作。未来，该技术有望在智能制造、康复机器人等领域发挥重要作用。
📄 摘要（原文）
We investigate in-hand rolling manipulation using a multifingered robot hand, where each finger is compliant and equipped with a tactile fingertip providing contact location and wrench information. We derive the equations of motion for compliant quasistatic in-hand rolling manipulation and formulate a fingertip rolling manipulation controller for multiple fingers to achieve a desired object twist within a grasp. The contact mechanics are demonstrated in simulation and the controller is tested on an experimental robot system.