基于分布式触觉传感器的人形机器人全身多接触运动控制

人形机器人要在狭窄、复杂的环境里稳定作业，光靠手脚着地往往不够——碰到梯子、狭窄通道或低矮空间，膝盖、前臂、大腿这些中间部位也得撑上去。但过去真正实现的多接触运动，接触点基本限于手和脚，原因很实际：位置控制的人形机器人要在接触点上做柔顺控制，就得有力/力矩传感器，而这类传感器通常只装在末端。要把接触扩展到肢体中段，得同时解决两件事——在任意体表测到接触力，以及在这种多点支撑下维持平衡。这份资料给出的正是针对这两个问题的一套解法，据编辑导读记录已被引用 17 次。

工作覆盖硬件与控制两侧。硬件上，把可变形、片状的分布式触觉传感器贴在机器人肢体表面，用它们测量接触力，同时不显著改变机体外形，这是传统力/力矩传感器做不到的。控制上，沿用作者此前开发的多接触运动控制器（原本只针对末端接触），把它扩展去处理中间区域的接触；系统结构分为质心运动控制与肢体运动控制两部分，新增的触觉相关环节在系统图中被标红。验证走两条路：先用动力学仿真检验触觉反馈对稳定性的作用，再用 life-sized humanoid RHP Kaleido 做实机演示。

仿真部分给出的结论是：加入分布式触觉反馈后，全身多接触运动对抗扰动和环境误差的稳定性得到改善。这个结论的分量在于它补上了一个长期妥协——没有力/力矩传感器的接触区域，此前只能靠机器人的质量模型去估算接触力，而且原则上只适用于准静态的慢速动作。换句话说，触觉传感器让肢体中间区域从“只能慢慢蹭”变成可以纳入反馈回路的接触点。这也是作者把“全身接触传感”和“平衡控制”并列为两大挑战的原因。

实机演示了两类动作。一类是以前臂接触支撑身体、同时向前迈步；另一类是以大腿接触维持坐姿平衡。两例都落在中间区域接触上，正好是此前工作最难覆盖的部分。作者还指出，触觉传感器此前在人形机器人上多用于人机全身交互、大物体操作、手内操作和环境纹理分类，很少进入平衡控制，例外是双足行走中用足底触觉计算 CoP 和支撑区域——本研究是把触觉明确用于全身接触下的平衡。

从工程角度看，这意味着机身表面从“结构外壳”变成了“传感面”，接触点的选择不再被力/力矩传感器的安装位置绑死；对位置控制的人形机器人来说，这打开了一条做全身支撑而不必改造机体构型的路径。判断上可以说，多接触运动的瓶颈正在从“能不能规划”部分转向“能不能感知并保持稳定”，这份工作押注在后一半。也要注意，仿真结论只说了稳定性改善，材料中没有给出量化指标，实机部分同样是两类动作的定性展示。

适合读的是做多接触运动规划与控制、人形机器人硬件与传感、以及需要机器人在狭窄空间作业的同行。读完能拿走的是一套清晰的思路：片状可变形触觉传感器、对已有控制器的扩展、仿真与实机双验证，以及“中间区域接触也要进反馈回路”这个设计判断。边界也明显：材料呈现的是方法框架与演示，控制器细节、接触力估计精度、对不同扰动的量化表现都不在其中；接触力估算在原理上的限制是否被彻底摆脱，也需要看正文才能确认。

arXiv:2505.19580v1 [cs.RO] 26 May 2025 IEEE ROBOTICS AND AUTOMATION LETTERS. PREPRINT VERSION. ACCEPTED SEPTEMBER, 2024 1 Whole-body Multi-contact Motion Control for Humanoid Robots Based on Distributed Tactile Sensors Masaki Murooka 1, Kensuke Fukumitsu 2, Marwan Hamze 2, Mitsuharu Morisawa 1, Hiroshi Kaminaga 1, Fumio Kanehiro 1 and Eiichi Yoshida 2 Abstract—To enable humanoid robots to work robustly in confined environments, multi-contact motion that makes contacts not only at extremities, such as hands and feet, but also at intermediate areas of the limbs, such as knees and elbows, is essential. We develop a method to realize such whole-body multi-contact motion involving contacts at intermediate areas by a humanoid robot. Deformable sheet-shaped distributed tactile sensors are mounted on the surface of the robot’s limbs to measure the contact force without significantly changing the