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人形机器人不再只用手:穿上接触贴片采集人体示范,全身推扫抱都能学

核心概要

PanTact 让 Unitree G1 人形机器人从无机器人的穿戴式人体示范中学会全身灵巧操作,用前臂、膝盖等任意身体表面完成抱持、推扫与负载分担。

Source-provided article image: PanTact: Teaching Whole-Body Dexterity with a Wearable Contact Interface
Figure 1 · arXiv

深度剖析

人形机器人的操作不再局限于双手,前臂、躯干和膝盖也能成为接触面,用来抱持大件物体、扫拢物品或在双手被占用时推物。 此前的移动操作研究把操作限制在手部,其余身体留给行走与平衡,通常避免身体与环境发生其他接触。 在 Unitree G1 上,抱持加抓取任务中上肢 IK 方案成功率为 85%,稀疏接触跟踪器为 80%;扫拢并关柜任务端到端成功率为 90.63%,搬运并推动任务成功率为 90%。

系统把接触当作可跨本体传递的操作信息:接触发生的位置和时机描述任务所需的物理交互,机器人自行决定用哪块身体表面去实现。 以往从示范学习操作的流程只记录末端执行器轨迹或关节角,不显式携带身体接触信息,因此接触位置在人与机器人之间会丢失。 对照两种缺少显式身体接触目标的姿态接口:只跟踪末端执行器的 Humanoid UMI 无法支撑大件物体,额外跟踪膝盖姿态的 Humanoid UMI++ 常把物体扫出箱外或撞上关节限位。

穿戴式采集界面把自视角相机、双手 UMI 夹爪与模块化接触贴片组合起来,贴片由相同的力敏电阻模块拼成,可覆盖前臂和膝盖并记录接触时机、强度与位置。 已有的全身触觉皮肤通常针对特定机器人本体定制,而现有示范界面只记录末端执行器运动或关节角。 每个模块含一个力敏电阻,定制电路板可同时采集最多 16 路通道,模块通过菊花链 RS-485 总线通信,并用磁吸连接件拼成不同形状的贴片。

策略预测末端执行器轨迹和逐传感器的接触目标,控制器只在接触状态为激活时才把该位置当作跟踪目标,从而自由选择机器人自身的身体构型。 控制器若只跟踪运动参考或末端执行器目标,就缺少实现身体接触目标的显式优化项。 在仿真中回放示范轨迹,加入接触目标后每种控制器的接触面距离都下降,末端执行器跟踪精度损失很小;稀疏接触跟踪器接触距离最小,但末端执行器误差高于 WBIK+SONIC。

启示与展望

报道覆盖的是 PanTact 在 Unitree G1 上的部署与四类任务评测:抱持加抓取、扫拢并关柜、搬运并推动,以及仿真中的控制器对比。目标读者是研究人形机器人操作、模仿学习与全身控制的研究人员和工程师。系统在机器人上未额外加装身体接触传感器,接触目标由策略预测、由控制器实现。

接触检测依赖逐通道自适应基线对力敏电阻信号做二值化,因为力敏电阻阻值会随温度和安装压力漂移。稀疏接触跟踪器需要仿真训练,并依赖训练分布;其末端执行器误差高于 WBIK+SONIC,而 WBIK+SONIC 的稠密参考会规定与任务无关的姿态细节,且 IK 求解器不建模执行器的动态可行性。