12、协作机器人系统中的触觉引导技术探索

协作机器人系统中的触觉引导技术探索

在当今的科技领域，机器人技术的发展日新月异，协作机器人系统更是成为了研究的热点。其中，触觉引导技术在协作机器人系统中展现出了巨大的潜力，它不仅能够提升机器人操作的精准度和效率，还能在医疗康复、人员培训等多个领域发挥重要作用。

触觉引导与虚拟夹具的基础概念

在协作机器人系统中，操作者和机器人会同时握住工具。控制器会测量操作者对工具施加的力以及工具对环境施加的力，以此实现平滑、无震颤且精确的位置控制和力缩放。虚拟夹具这一概念在远程操作和培训环境中得到了广泛应用。研究表明，虚拟夹具能够提高操作者的操作速度和精度，减轻操作者的工作负担，并缩短新手操作者的培训时间。近年来，虚拟夹具的概念进一步发展出了机器人触觉引导这一更广泛的概念，它作为一种支持运动学习的新技术，已经在医疗康复和健康人群培训等多个领域得到了应用。

例如，在医疗康复方面，Marchal - Crespo和Reinkensmeyer对机器人治疗设备的控制策略进行了综述，提出了包括辅助、基于挑战、触觉模拟和指导等多种策略。Takahashi等人研究发现，基于机器人的治疗能够改善慢性中风患者的手部运动功能。在人员培训方面，Emken和Reinkensmeyer研究了机器人增强的人类运动学习，得出利用基于误差的内部模型形成学习机制可以加速对新动态环境的运动学习。Reinkensmeyer和Patton展示了机器人设备如何暂时改变任务动态，从而有助于运动学习体验，这在康复和体育训练中具有潜在的应用价值。Ben - Pazi等人研究了笔的机械性能对儿童书写质量的影响，通过将笔连接到机器人并编程设置有效重量（惯性）和粘度，发现增加惯性和粘度能提高85%儿童的书写质量。此外，Abbink等人认为触觉共享控