一种具有连续高分辨率触觉传感的机器人软体手

一种新型的三指机械手，沿着它的每个手指都具有高分辨率触觉传感。手指是柔顺的，由柔性内骨骼支撑的柔软外壳构成。每个手指都包含两个摄像头，可以沿着手指的正面和侧面收集触觉数据。抓取器可以对物体进行包裹着抓取，并在一次抓取中提取大量丰富的触觉数据。通过一次收集被抓取物体的多个部分的数据，我们可以用一次抓取来进行物体识别，而不需要多次触摸。本文描述了作者新颖的设计和制备技术，这些技术使我们能够同时满足柔顺性和强度以及大面积高分辨率触觉传感的要求。

人类的手为许多机械手提供了灵感。人类的手指内部有一个关节骨架，上面覆盖着柔软的皮肤，为手指提供力量和适应性的结合。手指是圆形的，整个皮肤都有触觉，且前面的触觉灵敏度最好。当一个人用包裹的方式抓取物体时，物体会在很多点接触手，从而使人能够通过物体的形状、大小和其他特性来识别物体。我们的目标是创造一只模仿这些特性的机械手。使用单次抓握识别物体的能力很重要，需要沿着手指的抓握表面进行“完全”感知。

尽管目前许多受手指启发的传感器可以用高分辨率指尖传感器或低分辨率较大的触觉传感器很好地进行物体识别，但它们要么要求物体与指尖完全接触，要么要求多次重复抓取来对手内的物体进行分类。此外，它们不具备软机器人所提供的适应性，这可以极大地提高抓取器的安全抓取能力，或使其更安全地与周围的世界互动。也就是说，软机器人机械手可以从具备结构适应性和刚度，以及触觉传感器的高分辨率传感中受益匪浅。本文为此作出以下贡献：

一种沿着曲面的连续高分辨率触觉传感器的新颖设计；

一种结合了触觉传感，以人类为灵感的抓取内骨骼手指设计；

一种神经网络，可以仅利用单个抓取的触觉图像来对物体进行分类。

将连续高分辨率触觉传感器集成到手指中，然后将其集成到类似人类的手中。然后，这只手能够使用这些大的感应范围，从而能够使用一次抓取在一定程度上准确地对物体进行分类，据作者所知，这是以前从未做过的。用一次抓握来识别物体的能力类似于我们人类在有一些基础知识后，在没有外部视觉的情况下来抓握物体，能够几乎立即确定我们持有的东西。

尽管最近的研究主要集中在用于灵巧操作的大范围低分辨率触觉传感器或高分辨率指尖传感器上，对手指表面大部分区域的高分辨率传感没有做太多研究。有了这种额外的传感功能，我们就可以执行许多有用的分类任务，且在一个柔软、顺从的抓取动作中做到，我们也可以安全可靠地与物体和周围环境进行交互。类似于GelSight EndoFlex的传感器能够用于家庭护理机器人或人机交互，在这些方面，适应性和传感性能是成功的关键。

未来工作包括增加拇指状关节，以及全指尖传感，这可以大大提高抓取器在传感和灵巧操作任务中的可用性。我们还可以继续从GelSight传感器中汲取灵感，并添加标记，帮助跟踪手指表面的滑动、剪切或扭转力。总的来说，我们新颖的内骨骼手指设计开始解决设计具有高分辨率传感的受人类启发的软硬机械手的问题，这些机械手未来能够执行越来越复杂的任务。