移动机器人导航技术(移动智能感知)

在哺乳动物中，触觉模态比其他感官发育得早，但与视觉和听觉对应的感官模态相比，它的研究较少。它不仅允许环境互动，而且还作为一种有效的防御机制。

图 1：大鼠使用胡须通过触摸与环境互动

触摸在移动机器人导航中的作用还没有被详细探讨。然而，触摸似乎在移动机器人的避障和寻路方面发挥着重要作用。近端感应往往是大多数长距离传感器的盲点，如照相机和激光雷达，触摸传感器可以作为一种补充方式。

总的来说，触摸似乎是移动机器人导航的一种有前途的方式。然而，还需要更多的研究来充分了解触摸在移动机器人导航中的作用。

触摸在自然界中的作用

触摸导航模式对许多生物体来说是最重要的。它在感知、探索和导航中发挥着重要作用。动物广泛地使用这种导航方式来探索它们的周围环境。啮齿类动物、羽鳃类动物、猫、狗和鱼使用这种模式的方式与人类不同。人类主要使用触觉进行前肢操作，而哺乳动物，如大鼠和鼩鼱，由于其视觉系统不佳，通过振动尾巴机制，依靠触觉进行探索和导航。这种振动器机制对短距离感应至关重要，它与视觉系统协同工作。

机器人的人工触摸传感器

人工触摸传感器的设计在过去四十年中不断发展。然而，这些传感器在移动机器人系统中的应用并不像照相机和激光雷达那样广泛。移动机器人通常采用这些长距离的传感器，但短距离传感受到的关注相对较少。

在设计用于移动机器人导航的人工触摸传感器时，我们通常从自然界中获得灵感，即从生物晶须中获得生物启发的人工晶须。一个这样的早期原型如下图所示。

图 2：Bioinspired 人工鼠须阵列原型 V1.0

然而，我们没有理由将设计创新限制在100%准确地模仿生物晶须类触摸传感器。虽然一些研究人员正试图完善晶须的渐变[1]，但我们目前正在研究抽象的数学模型，可以进一步激发整个触摸传感器阵列的灵感[2]。

为机器人设计触摸传感器所面临的挑战

在为移动机器人设计触摸传感器时，有许多挑战。一个关键的挑战是如何在重量、尺寸和功耗之间进行权衡。传感器的功耗可能很大，这可能限制它们在移动机器人应用中的适用性。

另一个挑战是如何在触摸灵敏度和稳健性之间找到合适的平衡点。传感器需要有足够的灵敏度来检测环境中的微小变化，但又要有足够的坚固性来处理大多数移动机器人应用中的动态和恶劣条件。

未来的方向

有必要进行更系统的研究，以了解触摸在移动机器人导航中的作用。目前的研究大多局限于面向灵巧操纵和抓取的具体应用和场景。我们需要了解将触摸传感器用于移动机器人导航的挑战和限制。我们还需要为移动机器人开发更坚固、更省电的触摸传感器。

在后勤方面，限制触摸传感器使用的另一个因素是缺乏公开的现成的触摸传感器。世界上很少有研究小组正在努力实现他们自己的触摸传感器原型，不管是仿生的还是其他的，但所有这些设计都是封闭的，极难复制和改进。