iFEM2.0：基于视觉的触觉传感器的高密度三维接触力场重建与评估

《IEEE Transactions on Robotics》：iFEM2.0: Dense 3-D Contact Force Field Reconstruction and Assessment for Vision-Based Tactile Sensors

提出多层逆有限元方法iFEM2.0，结合多层网格约束和脊线正则化，提升三维密集接触力场重建的鲁棒性，并建立基准测试评估方法准确性、真实性和抗噪性，实验验证其有效性，为柔性机器人操作提供关键力信息。

　　

摘要：

基于视觉的触觉传感器通过高分辨率的触觉图像提供丰富的触觉信息，使得能够重建传感器表面的密集接触力场。然而，准确重建三维接触力分布仍然是一个挑战。在本文中，我们提出了多层逆有限元方法（iFEM2.0）作为一种强大且通用的方法来重建密集的接触力分布。我们系统地分析了iFEM2.0框架内的各种参数，并通过仿真和现场机械校准确定了合适的参数组合。我们的方法结合了多层网格约束和脊线正则化来提高鲁棒性。此外，由于目前没有现成的测量设备或评估标准来感知三维接触力分布，我们提出了一个涵盖准确性、保真度和抗噪声能力的基准测试，这可以为未来的力分布重建方法提供参考。所提出的iFEM2.0在仿真和实验评估中都表现出良好的性能。这种密集的三维接触力信息对于实现能够处理刚性和软性材料的灵巧机器人操作至关重要。

一、引言

机器人越来越多地被赋予执行复杂任务的任务，例如组装零件、辅助外科医生以及在轨空间服务[1]、[2]、[3]。触觉感知，特别是密集的三维接触力感知，在帮助机器人完成这些非结构化任务的同时，确保了人机安全交互[4]、[5]，并且提供了关于物体属性（如纹理、硬度和摩擦力）的有用信息[6]、[7]、[8]、[9]。