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本文介绍的机器人交互系统研究来自于新加坡国立大学电气与计算机工程系的李崇兴教授团队，团队成员梁文宇博士是新加坡国立大学电气与计算机工程系兼职助理教授，同时他也是新加坡国立大学广州创新研究院的博士生导师。
机器人系统
随着机器人自主完成任务及日常生活辅助需求的日益增长，对其操作灵巧性的要求也不断提高。因此，除了需要传统机器人的精确运动控制之外，有效的交互控制也至关重要。交互控制使机器人能够通过调整接触力来管理物理交互，从而实现稳定且适应性强的操作。
值得注意的是，触觉传感器，如同人类皮肤一样，能够提供丰富的物理交互接触信息。将触觉传感器集成到机器人之中，可以使机器人拥有触觉，从而增强其在物理交互过程中感知和响应人类及环境的能力。然而，在解释触觉传感信息、实现恰当的接触调节以及确保在复杂环境中稳健（鲁棒）的交互方面，仍然存在挑战。
为了应对这些挑战，该团队的研究重点是开发先进的控制技术和机器学习算法来实现触觉引导的操作，使机器人能够适应动态交互并增强其在复杂环境中的灵巧性。这项研究的意义在于其增强服务机器人操作的灵巧性的潜力，从而为人类-机器人-环境交互任务提供更安全、更高效和更稳健的解决方案。
研究关键进展
该团队在提升机器人与未知表面的交互方面取得了两个关键进展。
首先，该研究提出了一种基于增益调度比例-积分-微分（PID）的触觉引导混合姿态/力控制方案，用于未知表面上的自动化机器人擦拭任务。通过利用触觉反馈，系统可以提取关键的触觉特征并将其融入到控制回路之中，从而实现接触力与接触面对齐的同步调节。此外，该团队引入了一种基于触觉的污渍感知工作流程，用于在擦拭任务中识别和定位污渍。结果表明，该系统能够保持与表面的期望接触，识别污渍，自主执行清洁和重新清洁，并成功完成擦拭任务。这项工作已在IEEE CIS-RAM 2024上发表，并荣获最佳论文入围奖。
其次，该团队开创了一种使用嵌套快速终端滑模控制（NFTSMC）的Sequen-Sync力/扭矩控制方案。该方案引入了一种分层结构，以确保不同系统状态的时间顺序和同步收敛。例如，该方案能够保证接触力在接触角度收敛之后再收敛并能够保证不同方向的接触角度可以同时收敛。这种收敛顺序可以确保机器人末端执行器和环境（表面）之间充分的接触，并避免了由于错位带来危险。该团队通过理论分析和在未知表面上的实验验证证明了该控制方案的有效性。这项工作已投稿至IEEE IROS 2025。
研究应用场景与合作需求
该研究展示了触觉引导控制技术在机器人操作和机器人与复杂或未知表面交互方面的巨大潜力。它为需要机器人平顺物理交互的应用提供了技术支持，例如机器人清洁/擦拭、外科手术机器人、机器人辅助日常护理（如剃须、沐浴）以及人机协作。
其潜在的合作伙伴包括：
材料科学和柔性电子领域的专家：共同探索新型触觉传感器设计，并开发高性价比、高分辨率的柔性传感解决方案。
服务和医疗保健机器人制造商：将该研究的技术集成到清洁和日常护理应用中。
工业合作伙伴：在制造业和设施管理自动化领域使用该研究的触觉引导系统来实现性能提升。
项目团队简介
李崇兴教授
新加坡国立大学电气与计算机工程系教授，他的研究领域涵盖自适应系统、知识型控制、智能机电一体化及计算智能。
梁文宇博士
新加坡国立大学电气与计算机工程系兼职助理教授，新加坡科技研究局资讯通信研究院高级科学家，新加坡国立大学广州创新研究院博士生导师，他的研究领域包括机器人学、智能系统、灵巧操作、精密运动控制和力控制。
许怡岚
新加坡国立大学一年级博士生，新加坡国立大学广州创新研究院AY2024/2025博士奖学金获得者，她目前的研究领域是触觉引导机器人控制。
薛俊远
新加坡国立大学二年级博士生，他目前的研究领域包括阻抗控制和物理人机交互。
团队合照（从左至右）：许怡岚女士，梁文宇博士，李崇兴教授，薛俊远先生。
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