TouchDrive: Electronics-Free Tactile Sensing Interface for Assistive Grasping

📄 arXiv: 2605.06432v1 📥 PDF

作者: Jing Xu, Xuezhi Niu, Didem Gurdur Broo, Klas Hjort

分类: cs.RO

发布日期: 2026-05-07

备注: Accepted at ICRA 2026 workshop on Visuo-Tactile Perception, Learning, Control for Manipulation: Embodied Tactile Intelligence in Predictive Perception, Learning & Control in Grasping & Manipulation, Emerging the Role of Embodiment and Visuo -Tactile - LLM Foundation Models (ICRA RoboTac 2026)

💡 一句话要点

TouchDrive：一种用于辅助抓取的无电子触觉传感界面

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 触觉传感 辅助抓取 机器人 气动控制 无电子 人机交互 机械设计

📋 核心要点

  1. 现有辅助机器人抓取系统依赖电子传感和多阶段处理，导致系统复杂性增加且可访问性降低。
  2. TouchDrive通过被动机械回路将接触力转换为气动反馈，无需电子元件即可实现触觉传感、信号生成和反馈。
  3. 实验验证了TouchDrive在不同机器人平台上的可靠性能，以及在处理易碎物品等辅助抓取任务中的实用性。

📝 摘要（中文）

本文提出TouchDrive，一种经济高效的、无电子元件的触觉传感界面，用于辅助机器人抓取。TouchDrive通过阀门介导的切换，将接触力直接转换为气动反馈，在单个被动机械回路中集成了传感、信号生成和反馈。该系统可采用气动常闭阀、压缩空气罐、传感元件和触觉反馈执行器，无需电子设备。通过传递触觉线索，TouchDrive使用户能够调节抓取力，从而能够精确而稳健地操作柔顺和易碎的物体。该界面已在各种机器人平台上得到验证，在辅助抓取任务中始终表现出可靠的性能和实际适用性，例如处理水果和日常物品（最多20个）。

🔬 方法详解

问题定义：现有辅助抓取系统依赖复杂的电子传感和处理流程，成本高昂且不易维护，限制了其在实际场景中的应用。因此，需要一种更简单、更可靠的触觉传感方案，以提升辅助抓取的性能和可访问性。

核心思路：TouchDrive的核心思路是利用纯机械和气动原理，将接触力直接转换为可感知的触觉反馈，避免使用电子元件。通过巧妙的机械设计，实现传感、信号生成和反馈的集成，简化系统结构，降低成本，并提高可靠性。

技术框架：TouchDrive系统主要由以下几个部分组成：1) 传感元件：用于检测接触力；2) 气动常闭阀：根据接触力的大小进行切换，控制气流；3) 压缩空气罐：提供气动动力；4) 触觉反馈执行器：将气动信号转换为触觉刺激，传递给用户。当传感元件检测到接触力时，会触发气动阀的切换，从而改变气流，最终驱动触觉反馈执行器。

关键创新：TouchDrive的关键创新在于其完全无电子的设计，以及将传感、信号生成和反馈集成在一个被动机械回路中。这种设计极大地简化了系统结构，降低了成本，并提高了可靠性。此外，通过气动反馈，用户可以更直观地感知抓取力的大小，从而实现更精确的控制。

关键设计：TouchDrive的关键设计包括传感元件的材料选择和几何形状设计，以确保其对接触力具有足够的灵敏度。气动阀的切换阈值也需要仔细调整，以实现最佳的触觉反馈效果。此外，触觉反馈执行器的设计也需要考虑用户的舒适度和感知能力。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

TouchDrive在多种机器人平台上进行了验证，能够可靠地处理各种日常物品，包括水果等易碎物品。实验结果表明，用户可以通过TouchDrive提供的触觉反馈，更精确地控制抓取力，从而避免损坏物品。该系统成功抓取了多达20种不同的物体，证明了其在辅助抓取任务中的实用性和通用性。

🎯 应用场景

TouchDrive在辅助机器人抓取领域具有广泛的应用前景，例如帮助残疾人或老年人完成日常物品的抓取和操作。此外，该技术还可以应用于工业自动化领域，例如在生产线上进行精细零件的装配和操作。由于其无电子的特性，TouchDrive还可以在恶劣环境下使用，例如在潮湿、高温或强电磁干扰的环境中。

📄 摘要（原文）

Assistive robotic grasping plays an important role in enabling safe and adaptive manipulation of diverse objects. However, existing systems often rely on electronic sensing and multi-stage processing pipelines, increasing system complexity and reducing accessibility. To address these limitations, we present TouchDrive, a cost-effective, electronics-free tactile sensing interface for assistive grasping. TouchDrive directly converts contact forces into pneumatic feedback through valve-mediated switching, integrating sensing, signal generation, and feedback within a single passive mechanical loop. The system can be employed using a pneumatic normally closed valve, a compressed air tank, sensing element, and haptic feedback actuator without electronics. By delivering tactile cues, TouchDrive empowers users to modulate grasp forces, enabling precise and robust delicate manipulation of compliant and fragile objects. The interface has been validated across diverse robotic platforms, consistently demonstrating reliable performance and practical applicability in assistive grasping tasks, such as handling fruits and everyday items (up to 20 objects).