微创机器人外科及触觉感知国家自然科学基金课题 微创外科(MIS)与开放外科手术相比，具有切口小、疼痛轻、出血少和恢复快等优点，广泛应用于胸腹、脊柱、心血管和泌尿外科等领域 微创机器人外科(MIRS)由机器人替代医生操控手术器械，克服医生人为因素带来的风险，提高手术的安全性和灵巧性，改善手术精度和质量 触觉力信息缺失导致过大的操作力和器官组织创伤，是当前微创机器人外科面临的共同问题。项目利用光纤技术，研究微型触觉力传感器及其在器官组织类型和边界鉴定、机器人反馈控制应用中涉及到的一系列挑战性问题。获得的相关理论与技术，有望消除触觉缺失引起的手术风险，提高微创机器人外科手术的精度、稳定性和质量。

如何用工程科学的方法复现人手日常的抓握功能是一项挑战性的难题。我们发明了一种能复现人手自然抓握功能的机器人拟人手。它的独特之处在于它仅需四个电机就可驱动5指16关节的拟人手展现出卓越的抓握操作能力。由于独特的设计技术，使用者能够通过有限表面肌电信号（一种非侵入式的手段）随意地控制该手执行他们的运动意图，完成丰富的抓取功能。

欠驱动灵巧多功能空间机器人手爪，设前端套筒和尾端套筒组成的本体，电机机座与前端套筒联接。在本体内设置滚珠丝杆：丝杆经联轴器与电机转轴传动连接，丝杆外设支撑件。与丝杆螺旋配合的螺母座后端固定有上下两条驱动块。驱动块内表面设固定的有上下两指的尾端手指，手指前端有接头；在尾端手指前端设用销柱固定于尾端套筒的更换接口；尾端手指通过接头与更换接口的卡接结构连接并实现手指更换。驱动块轴向移动推动手指实现两指尖的开合。结构简单紧凑、抓持力大、效率高、易于制作和工作可靠。实现设一个手爪更换多种手指，具有抓捕、夹持等多种功能；可同时完成空间拧螺丝、实验器材夹持及抓拿漂浮物等空间生产装配、科学实验和维修维护。

高性能触觉传感器是下一代智能化服务机器人的核心模块，是人-机物理接触、交互协作的关键信息入口，是学术前沿热点和工业技术难点，是我国35项 “卡脖子”技术之一。本团队基于微纳尺度双电层电容原理，解决了传统阵列传感器空间分辨率、信噪比、灵敏度、量程、大测量面积等之间的技术矛盾，研制了具备大测量面积(单片600 mm × 

Anter是以安全协作、自主运动、智能感知、行为决策为核心功能的多模态感知复合机器人。她开创了机器人协作、运动、感知决策的柔性工作模式，摆脱传统机器人位置固定、任务固定的结构化环境工作方式，适用于科研教育、工业移动作业、物流分拣、仓储管理、安防巡检、医疗服务、智慧零售等领域。

伴随着虚拟现实技术，增强现实技术，触觉反馈技术以及智能机器人的出现，人们在视觉和触觉上有了越来越多不同的全新体验。例如，目前对 于机器人的操作方式一般是通过遥控装置或是手动触控，这个使用者的操作带来 很多不方便而且对于初学者来讲也不是很好掌握，同时操作失误率较高，因为我们不能真切的感受到机器人的世界。具备视觉与触觉反馈的体感机器人采用体感交互装置采集目标人体肢体关 节信息，对目标人体的姿态或动作进行分析识别;根据获取到的分析识别结果产 生对应的体感交互指令;将体感交互指令发送至机器人，机器人执行体感交互指 令;同时机器人采集自己周围环境信息，例如指尖压力信息和周身图像信息，通 过体感交互装置反馈给目标人体。通过上述方式不仅突破了传统的对机器人的控 制方式，而且通过触觉反馈的方式还有 3D 图像的显示，在大程度的让使用者得 到沉浸式的操作体验。随之而得到的不仅仅是方便的操作和大大降低的操作失误 率，同时也给用户带来了更为生动的操作体验。

01. 成果简介 本成果涉及一种多模态触觉感知装置，属于机器人传感器技术领域。与人类相似，机器人感知外界环境最真实、稳定、便捷的方式便是通过机器人手触摸，机器人手的感知能力决定了机器人是否能够正确认知外界环境以及机器人的操作精度、成功率等。在新一代机器人手中，传感装置已逐渐趋于阵列化、多功能化和集成化。目前常见的触觉传感器有压阻式、电容式、光电式等，它们都存在密度难以提高、电路处理复杂等问题。为了克服以上不足，近年出现了基于视觉的触觉传感装置，具有结构简单、信息丰富等优势。目前基于视觉的触感装置仍存在性能提升空间。 本项目将感温变色油墨材料应用于触感装置，感知机器人操作过程中的温度[1]。同时提出一种基于微视觉的触觉三维力检测方法，通过采集触觉接触区域内弹性体的形变图像的变化，采用一系列图像处理方法，并且使用神经网络拟合的技巧，定性并且定量的刻画物理世界中的触觉、滑觉等，从而提供了一种多模态触觉感知装置，可以得到三维接触力、接触物体表面的温度及纹理等多种模态信息[2]。本装置打破了传统触觉感知装置单模态信息采集的现状，可在同一感知装置中集成受力、纹理、温度等信息的测量，检测触觉、滑觉、压觉三维接触力，获得高精度的接触纹理信息，实现了多模态信息的测量，并将这些信息综合到对一个物体的识别、抓取操作中，使机器人更加智能化、人性化。本装置具有实时性好，检测稳定，检测误差小，检测精度高的优点。 图1. 基于微视觉的多模态触觉感知装置结构图图2. 结合多模态触感装置的机械手02. 应用前景 本成果技术可应用于工业机器人、智能机器人、人机协作、医疗康复等领域，应用前景广泛。03. 知识产权 本成果核心技术已申请发明专利3项。04. 团队介绍 项目团队致力于研究具备自主决策和学习能力的机器人操作技能学习系统。团队包括孙富春、方斌、刘华平、宋亦旭四位教师，专注智能机器人灵巧精准操作研究，研制了拟人触觉的传感装置、多模态穿戴交互装置、残疾人假肢灵巧手、仿人感知灵巧手和变刚度软体手，在本领域发表论文40余篇，申请专利20余项，获得IROS2016机器人灵巧操作比赛冠军、IROS2017服务机器人操作比赛亚军、WRC2016最佳科技创新奖等。同时团队和河北清华发展研究院合作成立了人工智能及机器人研究中心，共同推动智能机器人的产业化发展。05. 合作方式 技术许可。06. 联系方式 邮箱：liuyi2017@tsinghua.edu.cn， fangbin@tsinghua.edu.cn

本项目针对复杂环境下的移动式服务机器人系统，探究高环境适应性的感知与导航控制方法，以及高人机协调性的共享控制机制，解决动态环境中的鲁棒自定位、拥挤受限环境中的导航规划与控制、人机共享控制等难题，为提高服务机器人在复杂环境中的自主能力提供理论基础和技术方法。 通过本项目的实施，在服务机器人的感知与控制方面取得了一系列技术突破，对于地图创建、自定位、导航控制和共享控制等问题已取得国际前沿的理论和实验结果。 “交龙”智能轮椅入选2010年上海世博会展出，获得上海世博工作优秀个人等荣誉。 “交龙”服务机器人作为国家863计划先进制造技术领域代表性成果入选“十一五”国家重大科技成就展。曾获国际机器人领域旗舰大会IEEE ICRA 2011服务机器人最佳论文奖（大陆学者首次）、机器人世界杯亚军和多届中国机器人大赛冠军。国际权威技术评估机构WTEC和美国国家科学基金会在2012年发表的技术评估报告《Human-Robot Interaction》（每5年全球评估一次）报道了本项目的研究成果。

一种仿人手指端滑动触觉传感器，本申请橡胶指尖为半球形空腔；PVDF薄膜附着于橡胶指尖外部；密封塞将橡胶指尖密封，且密封塞底部装有液体压力传感器；外壳主体为刚性桶状结构，顶部有圆形开口，底部为法兰盘结构，呈十字形对称分布四个圆形通孔；内骨架包括圆柱头、直立应变杆以及底座，应变杆靠近底座的位置四面分别贴有应变片，底座上呈十字形对称分布四个圆形螺纹通孔；连接螺栓经过外壳底部的通孔与底座螺纹孔配合，将内骨架与外壳连接；PVDF薄膜与橡胶指尖、橡胶指尖与内骨架、外壳均采用粘连剂固定连接。本发明可以安装在仿生假手或机械手的指端，用于获取物体的纹理、材质、形状等信息以及手指与接触对象的接触状况等信息。

本实用新型公开了一种可感知碰撞的采摘机器人伸缩臂，包括驱动伸缩部分和至少一组碰撞感知部分， 所述碰撞感知部分包括至少一个碰撞片、至少一个弹簧组件和至少一个开关组件；碰撞片设置于驱动伸缩 部分沿轴向的外部，开关组件设置于驱动伸缩部分的端部，弹簧组件的一端固定在碰撞片上，另一端固定在驱动伸缩部分的端部，弹簧组件的高度大于开关组件的高度。本实用新型结构简单，实现方便，能够提 高机器人整体的采摘效率和成功率。