从被动感知到主动探知：非标装配中机器人触觉-视觉融合的主动感知策略及其在遮挡工况下的鲁棒定位

2026/08/05企业新闻新闻中心行业新闻 240

非标装配环境的非结构化特性使机器人感知系统频繁遭遇视觉遮挡、光照变化与目标位姿不确定等挑战。传统被动感知范式依赖固定传感器接收环境信号，在遮挡发生时感知链路断裂，导致装配操作失败。本文提出从“被动感知”到“主动探知”的范式跃迁，系统阐述触觉-视觉融合的主动感知策略——机器人不再被动等待传感器数据，而是通过规划末端执行器的主动运动来探知环境信息、消除感知不确定性。研究表明，主动探知策略通过视触觉模态的时序协同与空间配准，在遮挡工况下实现了对目标工件的高鲁棒定位，为非标装配的智能化感知提供了新的方法论框架。

一、引言：非标装配中感知范式的根本困境

非标装配面向多品种、小批量的定制化生产场景，其环境感知面临与标准化产线截然不同的挑战：工件位姿不确定、夹具精度有限、视觉场景频繁变化。在这些挑战中，视觉遮挡是最为棘手的问题之一——机器人的末端执行器、周边设备或操作者身体都可能遮挡目标工件的关键特征，使基于RGB-D的视觉定位系统失效-。

传统机器人感知系统遵循“被动接收”的范式：固定安装或腕部搭载的相机持续采集环境图像，视觉算法从中提取目标特征并计算位姿。这一范式在光照良好、无遮挡的标准化场景中表现稳定，但在非标装配中暴露出根本性缺陷——感知是被动的、单向的、非交互的。当遮挡发生时，视觉信息缺失，感知链路断裂，机器人陷入“盲操作”状态-。

人类在面对遮挡时的策略提供了重要启示：我们不会被动等待视野恢复，而是主动调整头部姿态、移动身体、甚至伸手触摸来获取被遮挡区域的信息。这种“主动探知”的感知模式——通过规划行动来获取信息、减少不确定性——正是机器人感知系统突破被动范式瓶颈的关键路径。

二、从被动感知到主动探知：范式跃迁的理论基础

被动感知与主动探知的本质区别在于感知与行动的耦合方式。在被动范式中，感知与行动是串行的——先感知、再规划、后执行；感知过程不改变环境状态，行动不服务于感知目标。在主动探知范式中，感知与行动构成闭环——每一次行动都以减少感知不确定性为目标，每一次感知结果都指导后续行动的选择。

这一范式的理论基础可追溯至主动感知（Active Perception）理论，其核心思想是：智能体应通过主动控制传感器位姿来优化信息获取，而非被动接收环境信号。将这一思想拓展至机器人装配场景，主动探知策略的含义是：机器人不仅利用视觉和触觉传感器接收信息，更通过规划末端执行器的运动（如主动靠近、扫描、轻触）来主动获取那些被遮挡或不确定的感知信息。

在非标装配中，主动探知的必要性尤为突出。非标件往往具有复杂的几何特征和不确定的初始位姿，单纯依靠被动视觉难以在有限时间内完成可靠定位。而主动探知允许机器人通过“感知行动”逐步收敛对目标位姿的估计——先以视觉进行粗定位，再通过主动运动获取局部精细信息，最终实现高精度装配-。

三、触觉-视觉融合：主动探知的多模态感知架构

主动探知的有效性依赖于多模态感知的深度融合。视觉与触觉是机器人感知系统中两个最核心的模态，但长期以来被割裂为两套独立的子系统——视觉（腕部或外部相机）提供全局的物体位置与环境状态信息，触觉（指尖传感器）提供局部的接触状态与力学信息。

这种割裂在非标装配中造成了致命的“感知断档”：当机器人末端执行器靠近目标工件时，腕部相机容易被自身遮挡；而触觉传感器只有在物理接触发生后才能提供信号。在视觉遮挡发生后、触觉接触发生前的关键阶段，两种模态同时失效，机器人无法获得对末端附近空间与物体的有效感知-。

突破这一瓶颈需要从两个层面推进视触觉融合。在硬件层面，北京大学朱毅鑫团队提出的TacThru传感器提供了一个极具启发性的解决方案——通过全透明弹性体与持续内部照明，在机器人指尖实现真正同步的视觉-触觉感知。该设计使指尖成为一个持续在线的近景窗口，在接触前“看得清”，在接触中“摸得准”，在整个任务过程中不切换模式、持续输出多模态信号流。

在算法层面，主动探知策略需要建立视触觉信息的时序协同与空间配准机制。视觉提供全局上下文与目标粗定位，触觉在接触后提供局部几何与力学细节；而主动探知的关键在于规划从“视觉有效区”到“触觉接触区”之间的过渡运动，使两种模态在时序上无缝衔接。在5项真实世界操作任务上的实验表明，视触觉融合方法取得了85.5%的平均成功率，明显优于纯触觉基线（66.3%）与纯视觉基线（55.4%）。

四、遮挡工况下的鲁棒定位：主动探知的工程验证

遮挡工况是检验主动探知策略有效性的关键试金石。在动态抓握等场景中，机器人手部对目标物体的遮挡使传统视觉跟踪方法性能严重下降。清华大学弋力团队提出的TEG-Track方法，通过结合视觉与触觉信号——利用触觉感知接触区域的几何和运动信息作为额外辅助信号——显著提升了遮挡条件下物体6D位姿跟踪的鲁棒性。实验结果表明，该方法将平均旋转误差降低21.4%，平移误差降低30.9%，处理速度达到20帧/秒，适合实时应用。

在微小软排线装配等典型非标场景中，器件体积小且存在严重的视觉遮挡，传统方法几乎无法完成可靠定位。基于电容式阵列触觉传感器的状态感知技术，通过设计垂直拓扑网状介质层的高灵敏阵列触觉传感，在视觉不可用的条件下实现了对装配状态的精确感知。

这些验证表明：主动探知策略并非用触觉替代视觉，而是在视觉失效时通过主动的触觉探索来补全感知信息。其核心工程价值在于——将“遮挡”从不可解决的感知瓶颈转化为可通过主动行动来克服的工程问题。