触摸感在使人类能够理解和与周围环境互动方面发挥着关键作用。对于机器人，触觉感应也是不可替代的。在与物体交互时，触觉传感器为机器人提供了理解物体的有用信息，例如分布式压力，温度，振动和纹理。在机器人抓住期间，视力通常由其最终效应器封闭，而触觉感应可以测量视觉无法访问的区域。在过去的几十年中，已经为机器人开发了许多触觉传感器，并用于不同的机器人任务。在本章中，我们专注于使用触觉对机器人抓握的触觉，并研究近期对物质性质的触觉趋势。我们首先讨论了术语，即形状，姿势和材料特性对三个重要的物体特性的触觉感知。然后，我们通过触觉感应审查抓握稳定性预测的最新发展。在这些作品中，我们确定了在机器人抓握中协调视觉和触觉感应的要求。为了证明使用触觉传感来提高视觉感知，介绍了我们最近的抗议重建触觉触觉感知的发展。在所提出的框架中，首先利用相机视觉的大型接收领域以便快速搜索含有裂缝的候选区域，然后使用高分辨率光学触觉传感器来检查这些候选区域并重建精制的裂缝形状。实验表明，我们所提出的方法可以实现0.82mm至0.24mm的平均距离误差的显着降低，以便重建。最后，我们在讨论了对机器人任务中施加触觉感应的公开问题和未来方向的讨论。
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对于机器人来说，拾取透明的对象仍然是一项具有挑战性的任务。透明对象（例如反射和折射）的视觉属性使依赖相机传感的当前抓握方法无法检测和本地化。但是，人类可以通过首先观察其粗剖面，然后戳其感兴趣的区域以获得良好的抓握轮廓来很好地处理透明的物体。受到这一点的启发，我们提出了一个新颖的视觉引导触觉框架，以抓住透明的物体。在拟议的框架中，首先使用分割网络来预测称为戳戳区域的水平上部区域，在该区域中，机器人可以在该区域戳入对象以获得良好的触觉读数，同时导致对物体状态的最小干扰。然后，使用高分辨率胶触觉传感器进行戳戳。鉴于触觉阅读有所改善的当地概况，计划掌握透明物体的启发式掌握。为了减轻对透明对象的现实世界数据收集和标记的局限性，构建了一个大规模逼真的合成数据集。广泛的实验表明，我们提出的分割网络可以预测潜在的戳戳区域，平均平均精度（地图）为0.360，而视觉引导的触觉戳戳可以显着提高抓地力成功率，从38.9％到85.2％。由于其简单性，我们提出的方法也可以被其他力量或触觉传感器采用，并可以用于掌握其他具有挑战性的物体。本文中使用的所有材料均可在https://sites.google.com/view/tactilepoking上获得。
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人类的物体感知能力令人印象深刻，当试图开发具有类似机器人的解决方案时，这变得更加明显。从人类如何将视觉和触觉用于对象感知和相关任务的灵感中，本文总结了机器人应用的多模式对象感知的当前状态。它涵盖了生物学灵感，传感器技术，数据集以及用于对象识别和掌握的感觉数据处理的各个方面。首先，概述了多模式对象感知的生物学基础。然后讨论了传感技术和数据收集策略。接下来，介绍了主要计算方面的介绍，突出显示了每个主要应用领域的一些代表性文章，包括对象识别，传输学习以及对象操纵和掌握。最后，在每个领域的当前进步中，本文概述了有希望的新研究指示。
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触觉感应是执行灵巧操纵任务的机器人的基本能力。虽然相机，LIDAR和其他远程传感器可以在全球和立即评估场景，但触觉传感器可以减少它们的测量不确定性，并在往复对象和机器人之间获得局部物理交互的信息，这通常不能通过遥感。触觉传感器可以分为两个主要类别：电子触觉皮肤和基于相机的光学触觉传感器。前者是薄薄的并且可以安装在不同的身体部位上，而后者呈现更棱柱形状并具有更高的感测分辨率，具有良好的优势，可以用作机器人手指或指尖。这种光学触觉传感器之一是我们的Geltip传感器，其成形为手指，并且可以在其表面的任何位置感接触。这样，Geltip传感器能够从所有方向上检测触点，如人的手指。为了捕获这些触点，它使用安装在其基部的相机来跟踪覆盖其空心，刚性和透明体的不透明弹性体的变形。由于这种设计，配备盖施电流传感器的夹具能够同时监测其掌握内外的触点。使用该传感器进行的实验表明了触点是如何定位的，更重要的是，利用杂波中的Dexterous操纵任务中的全面触摸感测的优点，甚至可能是必要的，其中触点可能发生在手指的任何位置。可以在HTTPS://Danfergo.github.io/geltip/中找到制造Geltip传感器的所有材料
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当没有光学信息可用时，在不确定环境下的机器人探索具有挑战性。在本文中，我们提出了一种自主解决方案，即仅基于触觉感测，探索一个未知的任务空间。我们首先根据MEMS晴雨表设备设计了晶须传感器。该传感器可以通过非侵入性与环境进行交互来获取联系信息。该传感器伴随着一种计划技术，可以通过使用触觉感知来产生探索轨迹。该技术依赖于触觉探索的混合政策，其中包括用于对象搜索的主动信息路径计划，以及用于轮廓跟踪的反应性HOPF振荡器。结果表明，混合勘探政策可以提高对象发现的效率。最后，通过细分对象和分类来促进场景的理解。开发了一个分类器，以根据晶须传感器收集的几何特征识别对象类别。这种方法证明了晶须传感器以及触觉智能，可以提供足够的判别特征来区分对象。
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我们研究了如何将高分辨率触觉传感器与视觉和深度传感结合使用，以改善掌握稳定性预测。在模拟高分辨率触觉传感的最新进展，尤其是触觉模拟器，使我们能够评估如何结合感应方式训练神经网络。借助训练大型神经网络所需的大量数据，机器人模拟器提供了一种快速自动化数据收集过程的方法。我们通过消融研究扩展现有工作，并增加了从YCB基准组中获取的一组对象。我们的结果表明，尽管视觉，深度和触觉感测的组合为已知对象提供了最佳预测结果，但该网络未能推广到未知对象。我们的工作还解决了触觉模拟中机器人抓握的现有问题以及如何克服它们。
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抓握是通过在一组触点上施加力和扭矩来挑选对象的过程。深度学习方法的最新进展允许在机器人对象抓地力方面快速进步。我们在过去十年中系统地调查了出版物，特别感兴趣使用最终效果姿势的所有6度自由度抓住对象。我们的综述发现了四种用于机器人抓钩的常见方法：基于抽样的方法，直接回归，强化学习和示例方法。此外，我们发现了围绕抓握的两种“支持方法”，这些方法使用深入学习来支持抓握过程，形状近似和负担能力。我们已经将本系统评论（85篇论文）中发现的出版物提炼为十个关键要点，我们认为对未来的机器人抓握和操纵研究至关重要。该调查的在线版本可从https://rhys-newbury.github.io/projects/6dof/获得
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The accurate detection and grasping of transparent objects are challenging but of significance to robots. Here, a visual-tactile fusion framework for transparent object grasping under complex backgrounds and variant light conditions is proposed, including the grasping position detection, tactile calibration, and visual-tactile fusion based classification. First, a multi-scene synthetic grasping dataset generation method with a Gaussian distribution based data annotation is proposed. Besides, a novel grasping network named TGCNN is proposed for grasping position detection, showing good results in both synthetic and real scenes. In tactile calibration, inspired by human grasping, a fully convolutional network based tactile feature extraction method and a central location based adaptive grasping strategy are designed, improving the success rate by 36.7% compared to direct grasping. Furthermore, a visual-tactile fusion method is proposed for transparent objects classification, which improves the classification accuracy by 34%. The proposed framework synergizes the advantages of vision and touch, and greatly improves the grasping efficiency of transparent objects.
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机器人仿真一直是数据驱动的操作任务的重要工具。但是，大多数现有的仿真框架都缺乏与触觉传感器的物理相互作用的高效和准确模型，也没有逼真的触觉模拟。这使得基于触觉的操纵任务的SIM转交付仍然具有挑战性。在这项工作中，我们通过建模接触物理学来整合机器人动力学和基于视觉的触觉传感器的模拟。该触点模型使用机器人最终效应器上的模拟接触力来告知逼真的触觉输出。为了消除SIM到真实传输差距，我们使用现实世界数据校准了机器人动力学，接触模型和触觉光学模拟器的物理模拟器，然后我们在零摄像机上演示了系统的有效性 - 真实掌握稳定性预测任务，在各种对象上，我们达到平均准确性为90.7％。实验揭示了将我们的模拟框架应用于更复杂的操纵任务的潜力。我们在https://github.com/cmurobotouch/taxim/tree/taxim-robot上开放仿真框架。
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机器人从能够根据其材料属性进行对象进行分类或操纵对象而受益。这种能力可通过适当的抓握姿势和力选择来确保对复杂物体进行精细操纵。先前的工作集中在触觉或视觉处理上，以确定掌握时间的材料类型。在这项工作中，我们介绍了一种新型的平行机器人抓地力设计，以及一种从握把手指内收集光谱读数和视觉图像的方法。我们训练非线性支持向量机（SVM），该机器可以通过递归估计将要抓住的物体的材料分类，并且随着从指尖到物体的距离降低的距离，置信度越来越高。为了验证硬件设计和分类方法，我们从16种真实和假水果品种（由聚苯乙烯/塑料组成）中收集样品，从而导致一个包含光谱曲线，场景图像和高分辨率纹理图像的数据集，因为对象被掌握，提起并释放。我们的建模方法证明了在32类决策问题中对对象进行分类时的准确性为96.4％。这比最先进的计算机视觉算法的状态在区分视觉上相似的材料方面提高了29.4％。与先前的工作相反，我们的递归估计模型解释了频谱信号强度的增加，并允许随着抓手接近对象做出决策。我们得出的结论是，光谱法是使机器人不仅能够对握住的对象进行分类，还可以理解其潜在的材料组成。
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在本文中，我们提出了TAC2POSE，这是一种特定于对象的触觉方法，从首次触摸已知对象的触觉估计。鉴于对象几何形状，我们在模拟中学习了一个量身定制的感知模型，该模型估计了给定触觉观察的可能对象姿势的概率分布。为此，我们模拟了一个密集的物体姿势将在传感器上产生的密集对象姿势的接触形状。然后，鉴于从传感器获得的新接触形状，我们使用使用对比度学习学习的对象特定于对象的嵌入式将其与预计集合进行了匹配。我们从传感器中获得接触形状，并具有对象不足的校准步骤，该步骤将RGB触觉观测值映射到二进制接触形状。该映射可以在对象和传感器实例上重复使用，是唯一接受真实传感器数据训练的步骤。这导致了一种感知模型，该模型从第一个真实的触觉观察中定位对象。重要的是，它产生姿势分布，并可以纳入来自其他感知系统，联系人或先验的其他姿势限制。我们为20个对象提供定量结果。 TAC2POSE从独特的触觉观测中提供了高精度的姿势估计，同时回归有意义的姿势分布，以说明可能由不同对象姿势产生的接触形状。我们还测试了从3D扫描仪重建的对象模型上的TAC2POSE，以评估对象模型中不确定性的鲁棒性。最后，我们证明了TAC2POSE的优势与三种基线方法进行触觉姿势估计：直接使用神经网络回归对象姿势，将观察到的接触与使用标准分类神经网络的一组可能的接触匹配，并直接的像素比较比较观察到的一组可能的接触接触。网站：http：//mcube.mit.edu/research/tac2pose.html
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软机器人抓手有助于富含接触的操作，包括对各种物体的强大抓握。然而，软抓手的有益依从性也会导致重大变形，从而使精确的操纵具有挑战性。我们提出视觉压力估计与控制（VPEC），这种方法可以使用外部摄像头的RGB图像施加的软握力施加的压力。当气动抓地力和肌腱握力与平坦的表面接触时，我们为视觉压力推断提供了结果。我们还表明，VPEC可以通过对推断压力图像的闭环控制进行精确操作。在我们的评估中，移动操纵器（来自Hello Robot的拉伸RE1）使用Visual Servoing在所需的压力下进行接触；遵循空间压力轨迹；并掌握小型低调的物体，包括microSD卡，一分钱和药丸。总体而言，我们的结果表明，对施加压力的视觉估计可以使软抓手能够执行精确操作。
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由于价格合理的可穿戴摄像头和大型注释数据集的可用性，在过去几年中，Egintric Vision（又名第一人称视觉-FPV）的应用程序在过去几年中蓬勃发展。可穿戴摄像机的位置（通常安装在头部上）允许准确记录摄像头佩戴者在其前面的摄像头，尤其是手和操纵物体。这种内在的优势可以从多个角度研究手：将手及其部分定位在图像中；了解双手涉及哪些行动和活动；并开发依靠手势的人类计算机界面。在这项调查中，我们回顾了使用以自我为中心的愿景专注于手的文献，将现有方法分类为：本地化（其中的手或部分在哪里？）；解释（手在做什么？）；和应用程序（例如，使用以上为中心的手提示解决特定问题的系统）。此外，还提供了带有手基注释的最突出的数据集的列表。
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Cloth in the real world is often crumpled, self-occluded, or folded in on itself such that key regions, such as corners, are not directly graspable, making manipulation difficult. We propose a system that leverages visual and tactile perception to unfold the cloth via grasping and sliding on edges. By doing so, the robot is able to grasp two adjacent corners, enabling subsequent manipulation tasks like folding or hanging. As components of this system, we develop tactile perception networks that classify whether an edge is grasped and estimate the pose of the edge. We use the edge classification network to supervise a visuotactile edge grasp affordance network that can grasp edges with a 90% success rate. Once an edge is grasped, we demonstrate that the robot can slide along the cloth to the adjacent corner using tactile pose estimation/control in real time. See http://nehasunil.com/visuotactile/visuotactile.html for videos.
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通过触觉反馈感知物体滑移的能力使人类能够完成复杂的操纵任务，包括保持稳定的掌握。尽管触觉信息用于许多应用程序，但触觉传感器尚未在工业机器人设置中广泛部署。挑战的一部分在于从触觉数据流中识别滑移和其他事件。在本文中，我们提出了一种基于学习的方法，可以使用气压触觉传感器检测滑移。这些传感器具有许多理想的属性，包括高耐用性和可靠性，并且由廉价的现成组件构建。我们训练一个时间卷积神经网络来检测滑动，达到高检测精度，同时表现出稳健性，以对滑动运动的速度和方向。此外，我们在涉及各种常见对象的两项操纵任务上测试了探测器，并证明了对训练期间看不到的现实情况的成功概括。我们认为，气压触觉传感技术与数据驱动的学习相结合，适用于许多操纵任务，例如滑移补偿。
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As the basis for prehensile manipulation, it is vital to enable robots to grasp as robustly as humans. In daily manipulation, our grasping system is prompt, accurate, flexible and continuous across spatial and temporal domains. Few existing methods cover all these properties for robot grasping. In this paper, we propose a new methodology for grasp perception to enable robots these abilities. Specifically, we develop a dense supervision strategy with real perception and analytic labels in the spatial-temporal domain. Additional awareness of objects' center-of-mass is incorporated into the learning process to help improve grasping stability. Utilization of grasp correspondence across observations enables dynamic grasp tracking. Our model, AnyGrasp, can generate accurate, full-DoF, dense and temporally-smooth grasp poses efficiently, and works robustly against large depth sensing noise. Embedded with AnyGrasp, we achieve a 93.3% success rate when clearing bins with over 300 unseen objects, which is comparable with human subjects under controlled conditions. Over 900 MPPH is reported on a single-arm system. For dynamic grasping, we demonstrate catching swimming robot fish in the water.
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视觉的触觉传感器由于经济实惠的高分辨率摄像机和成功的计算机视觉技术而被出现为机器人触摸的有希望的方法。但是，它们的物理设计和他们提供的信息尚不符合真实应用的要求。我们提供了一种名为Insight的强大，柔软，低成本，视觉拇指大小的3D触觉传感器：它不断在其整个圆锥形感测表面上提供定向力分布图。围绕内部单眼相机构造，传感器仅在刚性框架上仅成型一层弹性体，以保证灵敏度，鲁棒性和软接触。此外，Insight是第一个使用准直器将光度立体声和结构光混合的系统来检测其易于更换柔性外壳的3D变形。通过将图像映射到3D接触力的空间分布（正常和剪切）的深神经网络推断力信息。洞察力在0.4毫米的总空间分辨率，力量幅度精度约为0.03 n，并且对于具有不同接触面积的多个不同触点，在0.03-2 n的范围内的5度大约5度的力方向精度。呈现的硬件和软件设计概念可以转移到各种机器人部件。
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本文对地面农业机器人系统和应用进行了全面综述，并特别关注收获，涵盖研究，商业产品和结果及其能力技术。大多数文献涉及作物检测的发展，通过视觉及其相关挑战的现场导航。健康监测，产量估计，水状态检查，种子种植和清除杂草经常遇到任务。关于机器人收割，苹果，草莓，西红柿和甜辣椒，主要是出版物，研究项目和商业产品中考虑的农作物。据报道的收获农业解决方案，通常由移动平台，单个机器人手臂/操纵器和各种导航/视觉系统组成。本文回顾了报告的特定功能和硬件的发展，通常是运营农业机器人收割机所要求的；它们包括（a）视觉系统，（b）运动计划/导航方法（对于机器人平台和/或ARM），（c）具有3D可视化的人类机器人交流（HRI）策略，（d）系统操作计划＆掌握策略和（e）机器人最终效果/抓手设计。显然，自动化农业，特别是通过机器人系统的自主收获是一个研究领域，它仍然敞开着，在可以做出新的贡献的地方提供了一些挑战。
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与传统的机器人手不同，由于固有的不确定性，兼容的手不足的手对模型的挑战。因此，通常基于视觉感知执行抓握对象的姿势估计。但是，在闭塞或部分占地环境中，对手和物体的视觉感知可以受到限制。在本文中，我们旨在探索触觉的使用，即动力学和触觉感测，以构成姿势估计和手动操纵，手工不足。这种触觉方法会减轻并非总是可用的视线。我们强调识别系统的特征状态表示，该状态表示不包括视觉，可以通过简单和低成本的硬件获得。因此，对于触觉传感，我们提出了一个低成本和灵活的传感器，该传感器主要是与指尖一起打印的3D，并可以提供隐式的接触信息。我们将双手手动的手作为测试案例不足，我们分析了动力学和触觉特征以及各种回归模型对预测准确性的贡献。此外，我们提出了一种模型预测控制（MPC）方法，该方法利用姿势估计将对象操纵为仅基于触觉的所需状态。我们进行了一系列实验，以验证具有不同几何形状，刚度和纹理的各种物体的姿势的能力，并以相对较高的精度显示工作空间中的目标。
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尽管已显示触觉皮肤可用于检测机器人臂及其环境之间的碰撞，但并未广泛用于改善机器人抓握和手持操作。我们提出了一种新型的传感器设计，用于覆盖现有的多指机器人手。我们在台式实验中使用织物和抗静态泡沫底物分析了四种不同的压电材料的性能。我们发现，尽管压电泡沫被设计为包装材料，而不是用作传感底物，但它的性能与专门为此目的设计的织物相当。尽管这些结果证明了压电泡沫对触觉传感应用的潜力，但它们并未完全表征这些传感器在机器人操作中使用的功效。因此，我们使用低密度泡沫底物来开发可扩展的触觉皮肤，该皮肤可以连接到机器人手的手掌上。我们使用该传感器展示了几项机器人操纵任务，以显示其可靠地检测和本地化接触的能力，并在掌握和运输任务期间分析接触模式。我们的项目网站提供了有关传感器开发和分析中使用的所有材料，软件和数据的详细信息：https：//sites.google.com/gcloud.utah.edu/piezoresistive-tactile-sensing/。
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