触觉导航新突破：Contactile 触觉传感器推动机器人 “零示教” 实现复杂曲面作业

 一、学术亮点：把 “手感” 写进控制律

触觉闭环控制领域再添新成果！西班牙阿利坎特大学 AUROVA 团队在 IEEE ETFA 2025 发表的论文《Touch-based Effector Control to Track 3D Surfaces》中，首次证实仅通过Contactile 3×3 阵列式三轴触觉力传感器（9 触点）PapillArray，即可实时估计曲面法向与曲率 —— 无需预先扫描物体或依赖 CAD 模型，真正实现Kinova Gen3机器人 “盲触” 复杂曲面。

该研究的核心突破在于力 - 姿耦合双环控制器：

• 法向力环：以恒定 5N 力跟踪曲面，在真实皮鞋曲面测试中，力控误差仅为 0.229±0.169N，精度远超传统机械操作；
• 姿态环：基于触觉传感器实时反馈的曲面法向，动态调整末端执行器姿态，让机器人实现 “边摸边走” 的自适应运动。

更值得关注的是其 “零轨迹规划” 特性：系统直接输出 Cartesian 速度指令，无需预设路径即可适配任意未知曲面，为抛光、检测等工业场景提供 “零示教” 解决方案。

二、硬件组合：为什么选 Kinova Gen3 + Contactile？

【触觉感知的 “指尖”：Contactile 阵列式三轴触觉力传感器PapillArray】

看似小巧的传感器（24.0×30.6×12.8mm），实则是机器人的 “仿人手触感中枢”：内部 9 个传感元件按 3×3 阵列排布（元件直径 6.0mm，中心间距 7.0mm），配合红外光学检测原理，能将曲面的微小变化转化为全维度触觉数据。

其核心性能参数完全匹配论文实验需求：

• 局部感知精度：X、Y 方向可测 ±1mm 位移（分辨率＜0.01mm），Z 方向达 ±2.5mm（分辨率＜0.01mm），哪怕 0.01mm 的曲面起伏都能被捕捉；
• 力与扭矩范围：局部 X、Y 方向力 ±4N（分辨率＜0.05N）、Z 方向 15N（分辨率＜0.05N），全局力扩展至 X、Y±9N、Z60N，搭配 ±0.125Nm（X、Y）及 ±0.050Nm（Z）扭矩测量，精准支撑论文中 5N 恒定力控制需求；
• 实时性保障：通过 USB 接口传输数据（电流消耗＜200mA），1000Hz 高频采样让机器人每秒获取 1000 次三维力、位移、振动及滑动信息，实现 “边摸边算” 的闭环控制。

更智能的是，它无需预先编程抓取参数：基于内置算法实时计算摩擦力与最优握力，论文中 “零示教” 抛光正是依托这一特性 —— 机器人通过触觉反馈自主调整力度，在未知曲面上稳定维持接触力精度。搭配可选的 C++ 库（支持 Linux/Windows）或 ROS 节点（Linux 系统），可轻松集成到 Kinova 机械臂系统，而 Windows 可视化软件能实时显示各元件数据，方便实验调试。

【灵活操作的 “臂膀”：Kinova Gen3 仿生力控机械臂】

7 轴全关节扭矩传感器如同给每个关节装上 “智能体重秤”，8.2kg 的超轻机身让搬运如同拎笔记本般轻松。基座内置控制柜，一条网线即可接入 ROS 系统（支持 ROS Noetic）—— 论文作者正是通过这一组合，实时接收触觉数据并转化为 Cartesian 速度指令，完成 “边摸边走” 的零示教实验。

三、实验成果可视化

• 图 1：红色箭头为传感器 “摸” 到的曲面方向，绿色轨迹为机器人实时生成的抛光路径。无需提前编程，仅靠触觉反馈就能贴着鞋跟精准打磨，实现毫米级贴合的抛光动作。

• 图 2：20 次重复实验中，平均力控误差为 0.229N±0.169N，100% 数据点落在 ±0.4N 以内，完全满足鞋面抛光的精度要求。

四、潜在落地场景

• 鞋楦 / 鞋底自动抛光：单双处理仅需 30 秒，节省 80% 人工成本；
• 碳纤维曲面质检：通过触觉 “扫描” 生成缺陷高度图，替代传统 3D 线激光检测；
• 康复辅具定制：同一套算法可直接应用于石膏阳模打磨，适配个性化需求；
• 小批量珠宝高光：Kinova Gen3 + PapillArray 在 1㎡工位内可柔性切换多款戒指曲面，无需重复调试。

结语：触觉重新定义机器人边界

当 Contactile 阵列式三轴触觉传感器的 “微米级感知” 与 Kinova Gen3 的 “关节级灵活” 相遇，皮鞋曲面上 0.229N 的恒定力不仅是一次实验成功，更标志着柔性制造范式的全新开端。未来，这对 “指尖与臂膀” 将走进更多产业，用触觉智慧让复杂曲面操作变得简单而精准。

【版权声明】

本文部分技术内容及数据援引自论文《Touch-based Effector Control to Track 3D Surfaces》（arXiv:2503.07135v2）。

论文主页：https://aurova-projects.github.io/Touch-based_3d_surfaces/

代码仓库：https://github.com/AUROVA-LAB/aurova_grasping

如需转载，请完整保留本声明并注明原始出处。

✅感谢论文的核心贡献者：

Edison Velasco-Sanchez（埃迪森·贝拉斯科-桑切斯）

Julio Castaño-Amoros（胡里奥·卡斯塔尼奥-阿莫罗斯）

Pablo Gil（巴勃罗·吉尔）

Fernando Torres（费尔南多·托雷斯）

西班牙阿利坎特大学自动化、机器人与计算机视觉研究组（AUROVA）

【文末彩蛋】《考工记》的当代践行者

《考工记》有云：“智者创物，巧者述之；审曲面势，以饬五材。” 两千年前的造物箴言，藏着古人对 “顺势而为” 的深刻理解，如今正被科技以新的方式延续 ——

• Contactile 阵列式三轴触觉传感器的 9 触点，如匠人磨透的指尖，以 0.01mm 的分辨率 “审” 尽曲面毫厘；
• Kinova Gen3 7 轴力控机械臂的灵活关节，循着触觉反馈 “饬” 出精准轨迹。

从 0.229N 的力控精度到工厂里的柔性操作，这对 “搭档” 把 “创物” 的巧思、“审势” 的精准，都化作了可感知的技术温度。

从古籍中的造物理念，到车间里的智能操作，变的是工具：从凿刀到传感器，从木臂到机械轴；不变的是内核 —— 对 “巧” 与 “准” 的执着，对 “致用” 的追求。

原来《考工记》的智慧从不是故纸堆里的文字，而是能在科技中生长的根，扎进每一次精准触碰，每一段自适应轨迹里。