机器人感知与视觉:深度相机、力觉传感与多模态感知系统设计

机器人感知(Robot Perception)是机器人理解其所处环境的能力基础,涵盖视觉感知、力觉感知、本体感觉和环境建模。人形机器人在复杂非结构化环境(家庭、仓库、工厂)中工作,对感知系统的要求远高于传统工业机器人(固定结构化场景)。

## 视觉感知技术栈

**RGB-D相机(深度相机)**:同时获取彩色图像(RGB)和深度图像(Depth),是当前人形机器人最主流的视觉传感器。代表性产品:英特尔RealSense、Azure Kinect、奥比中光(Orbbec,中国)。深度获取原理分为结构光(Structured Light,近距离精度高)和ToF(Time-of-Flight,远距离适用)。

**立体视觉(Stereo Camera)**:双目摄像头通过视差计算深度,精度取决于基线距离和图像分辨率,无需主动光源,适合强光户外环境。ZED相机(Stereolabs)是机器人领域常用立体相机。

**激光雷达(LiDAR)**:高精度3D点云建图,用于SLAM(同时定位与建图)和环境感知。固态激光雷达(速腾聚创、禾赛科技等国内企业技术领先)成本持续下降,开始进入机器人领域。

**物体识别与6DOF位姿估计**:机器人需要识别目标物体的类别,并精确估计其在三维空间中的位置和姿态(6个自由度:XYZ位置+Roll/Pitch/Yaw旋转)。NVIDIA FoundationPose、FoundationStereo等基础模型在工业场景中的泛化能力显著提升。

## 力觉与触觉感知

**六维力矩传感器(F/T Sensor)**:安装在机器人手腕处,测量三个方向的力(Fx、Fy、Fz)和三个方向的力矩(Mx、My、Mz),使机器人感知接触力,实现柔顺操作(拧螺丝感知力矩、插销感知对准精度)。ATI工业自动化是领域顶尖供应商,国内企业(坤维科技、宇立仪器)也在追赶。

**触觉皮肤(Tactile Skin)**:分布式压力传感器阵列覆盖机器人手部和手臂,提供接触位置、接触力分布、滑动检测等信息,是实现精细抓取的关键。当前触觉皮肤面临耐久性、信号处理复杂度高等挑战。

参见[具身智能与AI](https://sunqi.org/embodied-intelligence-ai-zh/);[机器人关节与执行器](https://sunqi.org/robot-actuator-motors-zh/)。

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