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主动接触传感用于鲁棒的人-机器人物体交接
Active Contact Sensing for Robust Robot-to-Human Object Handover

作者: Linfeng Li, Lin Shao, David Hsu
arXiv: 2605.04610v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
机器人向人类传递物体是机器人助手的一项基本技能,从在家递送饮料到在手术室传递手术工具皆如此。我们期望机器人能够稳健地完成交接——仅在人类牢固抓取后才释放物体,同时忽略偶然触碰。现有被动感知方法难以在不同物体和人类行为间泛化,因为它们缺乏能够区分不同接触条件(如牢固抓取与偶然触碰)的信息性扰动。我们提出一种用于稳健交接的主动感知方法:机器人执行信息收集运动,并感知由此产生的人类施加力,从而推断接触状态。牢固抓取会产生多方向的力,而偶然触碰则不会。为捕捉这一差异,我们用贝叶斯线性模型对接触状态建模:该模型是机器人运动到人类施加力的分段线性映射的分布。该模型支持牢固抓取检测和主动信息收集。在涉及12名参与者和30种不同刚性物体的实验中,我们的方法实现了97.5%的成功率——比两种常见基线方法高出30%以上。

📊 核心分析

🎯 研究动机
- **机器人到人物体交接(robot-to-human object handover)** 是服务机器人和医疗机器人的关键技能 - 现有**被动感知(passive-sensing)** 方法难以区分牢固抓握(firm grasp)与偶然触碰(incidental touch) - 被动方法缺乏信息性扰动,无法泛化到多样物体和人行为
🔧 核心方法
- 提出**主动接触感知(Active Contact Sensing)** 方法:机器人执行信息收集运动(信息-gathering motions)并感知人施加的力 - 使用**贝叶斯线性模型(Bayesian linear model)** 建模接触状态:一个从机器人运动到人施加力的分段线性映射分布 - 基于模型实现牢固抓握检测与主动信息采集,通过推断接触状态决定释放时机
💡 核心创新
- **首创主动感知**:首次在机器人-人交接中主动施加运动来区分接触状态,而非被动观测 - **独特判别准则**:利用牢固抓握产生多方向力而偶然触碰仅产生单方向力的物理差异 - **概率建模**:贝叶斯线性模型提供不确定度量,支持主动信息收集和鲁棒决策
🏆 总体贡献
- 在12名参与者、30种多样刚性物体上达到**97.5%成功率**,比两种常见基线高30%以上 - 提出一种**鲁棒且泛化** 的交接范式,不受物体形状和人行为变化影响 - 验证了主动感知(active sensing)在物理人机交互中的有效性,为后续研究提供新方向