机器人学会「眼看手摸」！FreeTacMan 实现人类指尖亲自「授课」

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文章摘要

FreeTacMan 是一种创新的数据采集硬件解决方案，旨在解决机器人精细操作中的关键难题。通过将人类的视觉、触觉和动作技能高效传输给机器，FreeTacMan 显著提升了机器人在接触式操作中的表现。传统机器人常因缺乏触觉感知而无法实现精准控制，尤其是在处理柔软或易碎物体时，容易出现力量失控的情况。FreeTacMan 通过配备高分辨率视触觉传感器、腕部鱼眼相机和高精度动捕设备，实现了高效率、高精度和高数据质量的触觉数据采集。

FreeTacMan 的核心优势在于其触觉传感器的设计。传感器厚度仅 18 毫米，但能实现 15-20 微米级空间分辨率，视野范围扩大至 358.47mm²，显著优于传统 GelSight 传感器。此外，传感器直接固定在操作者指尖，取消了多层机械连接，实现了接近“零衰减”的触觉反馈。这种设计不仅保留了自然的本体感觉，还确保了每一次动作的精准传达。通过高精度线性传动结构，FreeTacMan 实现了低摩擦、稳态控制下的精准夹持与闭环反馈。

在机械臂执行端，FreeTacMan 将视触觉传感器集成于夹爪，并通过定制化相机支架确保视觉与触觉信息的完美对齐。更重要的是，该方法仅依赖于末端执行器的位姿信息，无需绑定特定机械臂型号或架构，使得同一套数采系统可轻松迁移至不同的机械臂平台，实现了跨本体泛化能力。这一特性为多样化的机器人部署场景提供了极大的灵活性。

通过用户研究，FreeTacMan 在任务完成率、采集效率和每单位时间完成量（CPUT）三项核心指标上全面领先于传统方法。引入触觉感知后，机器人策略性能大幅提升，多任务平均成功率从仅使用视觉的 21% 跃升至 55%，进一步通过融合时间感知的触觉预训练，平均成功率提升至 71%。在易碎杯抓取、USB 插入、纹理分类、印章按压和书法等接触密集型任务中，FreeTacMan 展现了出色的精细操作能力，显著提升了任务成功率。

实验结果表明，触觉感知对机器人的精细操作具有决定性作用。缺乏触觉信号时，机器人常因无法感知细微接触变化而导致任务失败，而FreeTacMan 通过提供实时触觉反馈，能够完成各类精细操作，避免了物体滑落、被抓物体损坏或操作错位等问题。FreeTacMan 的成功应用为机器人领域的高精度接触式操作开辟了新的可能性，推动了具身智能的进一步发展。