倫敦國王學院羅山教授團隊聯合北京理工大學與莫納什大學，發布了RoTipBot — 首個基于可旋轉觸覺傳感器實現多層薄柔物體計數與抓取的機器人平臺，為主動觸覺感知在復雜物體操控中的應用打開了新方向，注入全新活力。論文由羅山教授擔任通訊作者，江佳齊與張旭陽為共同第一作者。

研究動機：薄柔物體因其厚度小、易彎曲的特性，給機器人抓取帶來兩大挑戰：

（1）薄層常常疊在一起，導致相機難以感知下層狀態，形成信息不全的視覺輸入；

（2）柔性物體變形性強，對夾持器的靈巧性與柔順性提出更高要求。現有方法通常依賴已知物體位置，或借助昂貴的力/力矩傳感器以彌補視覺感知的不確定性，顯著提高了系統成本。同時，配套的抓取裝置（如吸盤、軟體夾持器）也普遍存在效率限制—每次抓取閉合通常僅能分離一層，難以滿足高效處理需求。

為此，本文提出了RoTipBot—首個通過可旋轉觸覺傳感器實現多層薄柔物體計數與一次性抓取的機器人系統。具體而言，我們設計了名為 RoTip 的新型視觸覺傳感器，具備可旋轉結構，并能夠感知其指尖周圍的全向接觸信息。RoTipBot 配備兩個 RoTip 傳感器，通過同步滾動操作，將多層薄柔物體卷入手指之間的中心區域，從而實現高效穩定的抓取。同時，我們提出了一種基于觸覺感知的抓取策略，利用 RoTip 的實時接觸信息確保雙指與物體建立安全接觸，并精確估算被卷入的薄柔物體數量，實現薄柔物體的操控。

如下圖所示，所提出的RoTip傳感器包括三個主要模塊：固定模塊、傳輸模塊和手指主體。手指主體通過底部的視覺相機可以實現全向感應(Omnidirectional Sensing)，傳輸模塊通過舵機驅動實現旋轉控制。

RoTip傳感器的設計延續了團隊前期的全向感知手指GelTip和可旋轉觸覺傳感器TouchRoller，首次將全向感知和主動旋轉運動進行結合。

RoTipBot抓取框架：

本節介紹 RoTipBot利用RoTip 實現多層薄柔物體（如紙張）計數與同步抓取。RoTipBot 基于雙指夾持器設計：一側為固定物體的被動指，另一側為主動指，通過旋轉操作將多層物體卷入兩指之間，實現一次性穩定夾持。該方法避免了傳統從同側夾取方式所帶來的潛在損傷風險，同時提升了抓取的穩固性與效率。盡管本文以雙指夾持器為例，該策略具備良好的通用性，可拓展至多指機械手。

具體流程如下：

首先，系統利用 RGB-D 相機獲取粗略的抓取初始位姿；

隨后，基于 RoTip 的全向觸覺感知能力，設計了一種觸覺引導的位姿微調策略，以確保末端執行器精確對位并實現穩定接觸；

最后，針對多層物體抓取過程中堆疊厚度動態變化的問題，提出一套基于觸覺反饋的紙張計數算法與連續調節機制，實現柔順高效的多層抓取。

實驗與分析：

本文進行了全面的實驗，以評估我們提出的RoTipBot方法處理薄的柔性物體，在總體成功率方面其優于SOTA方法，同時抓取速度提高了3倍。部分實驗結果及視頻如下所示。

通過針對抓取位置的FEM仿真和實際測量實驗，我們發現薄的柔性物體的邊角是最容易被搓動的位置。

今年早些時候，在倫敦國王學院舉行的第五屆英國機器人操作研討會上，我們現場演示了RoTipBot。該機器人在300多名參觀者面前連續翻轉紙張、織物和塑料板，全程無故障，充分證明了其在現實應用場景下的可靠性。

作者介紹：

羅山教授（Reader）是機器人觸覺感知領域的國際領軍人物，深耕視觸覺融合與靈巧操作研究十余年，曾任2024年T-RO觸覺機器人專刊（Tactile Robotics）首席客座編輯，現任T-RO副主編（Associate Editor）。他所領導的倫敦國王學院機器人感知實驗室（Robot Perception Lab），在機器人全向視觸覺傳感、觸覺仿真、多模態操作等方向取得多項開創性成果，持續推動機器人“看得見、摸得準、動得巧”。

本文第一作者江佳齊，國家級青年人才項目入選者，現為北京理工大學空天科學與技術學院助理教授，副研究員。其博士在2024年畢業于倫敦國王學院工程系，師從羅山教授，碩士和本科分別于2019年和2016年畢業于北京理工大學宇航學院，師從王佳楠研究員。目前主要研究方向為Tactile Robotics和無人機自主控制，在機器人頂級會議期刊如T-RO, T-Mech, RA-L, IROS上發表多篇一作論文。