用于空中多触点交互的光学触觉传感：设计、集成与评估

《IEEE Transactions on Robotics》：Optical Tactile Sensing for Aerial Multicontact Interaction: Design, Integration, and Evaluation

分布式触觉传感器设计实现多触点检测，应用于无人机复杂环境交互，包括软结构力感知和障碍物导航，精度达1.5mm和0.17N。

　　

摘要：

分布式触觉传感技术在多力检测中对于各种空中机器人交互任务至关重要。然而，目前无人机上的接触传感解决方案仅利用单个末端执行器传感器，无法实现分布式多接触点感知。我们设计了一种光学触觉传感器，该传感器具有大面积的曲面软传感表面、中空结构以及新的照明系统。即使传感器之间相距仅2厘米，通过我们的软件流程也能同时检测到多个接触点，并能够提供实际的三维接触位置（毫米级）和三维力向量（牛顿级）数据，其精度分别为1.5毫米和0.17牛顿。我们通过两个示例展示了该传感器的适用性和可靠性：首先，用于估计不同支架的柔顺性并随后调整无人机位置以降落在较硬的支架上；其次，用于绘制稀疏障碍物的分布图。这种分布式触觉传感器的实现标志着朝着充分发挥无人机潜力迈出了重要一步，使无人机成为能够在复杂环境中进行交互和导航的多功能机器人。

引言

无人机在基础设施检查与维护、农业、搜救、环境监测、教育等多个领域变得越来越受欢迎[1]、[2]、[3]、[4]。目前，无人机在开阔空域的安全飞行主要依赖于GPS或基于视觉的传感器[5]、[6]。然而，在杂乱环境或视觉条件较差的情况下（例如烟雾、雾天、光线不足），这些传感器的信息解读和感知能力受到限制[7]。由于与障碍物碰撞的风险较高，因此需要探索基于触觉的感知技术以实现有效导航[8]、[9]。此外，在工业检查与维护过程中，无人机经常需要与管道等结构进行物理交互[10]、[11]；在自然环境中，则需要与树枝等进行交互以进行监测和采样[12]、[13]、[14]。在这种情况下，触觉感知能力至关重要，因为它使机器人能够测量与外部环境之间的相互作用[15]。