触摸传感器（Touch）#

触摸传感器用于在指定的 site 位置检测接触并测量法向力。在机器人仿真中，触摸传感器常用于实现触觉感知、碰撞检测和力反馈控制。

🎯 功能描述#

触摸传感器测量的是安装 site 位置感受到的接触法向力。当其他物体与传感器的检测区域（由 site 的形状和大小定义）发生接触时，传感器会返回接触点产生的法向力大小。

核心特性#

位置特定: 检测特定 site 位置的接触
力测量: 返回接触法向力的标量值
形状感知: 基于 site 的几何形状进行检测
实时响应: 每个仿真步提供接触力信息

📋 返回值格式#

touch_force = model.get_sensor_value("touch_sensor_name", data)
# 类型：numpy.ndarray[float32]
# 形状：shape = (*data.shape, 1)
# 单位：N (牛顿)

touch_force[..., 0]: 接触法向力大小
值 = 0: 无接触状态
值 > 0: 有接触，数值表示法向力大小

⚙️ MJCF 配置参数#

在 MotrixSim 中，触摸传感器支持以下 MJCF 配置字段：

基本配置#

<sensor>
    <touch name="sensor_name"
          site="site_name"/>
</sensor>

支持的属性#

属性名	类型	必需	默认值	描述
name	string	✅	-	传感器的唯一标识名称
site	string	✅	-	安装传感器的参考点名称

注意: MotrixSim 目前暂不支持 MJCF 标准中的cutoff、noise和user属性。

📝 配置示例#

基本触摸传感器配置#

<!-- 定义触觉检测点 -->
<site name="palm_touch" type="sphere" size="0.05" rgba="1 0 1 1" pos="0 0 0"/>

<!-- 定义触摸传感器 -->
<sensor>
    <touch name="palm_sensor" site="palm_touch"/>
</sensor>

圆柱体碰撞检测配置（来自 touch_sensor_demo.xml）#

<mujoco>
  <compiler />
  <option gravity="0 0 -9.8" timestep="0.01"/>
  <statistic center="0 0 0.5" extent="2"/>

  <worldbody>
    <light name="light" pos="0 0 3" directional="true"/>
    <camera name="fixed" pos="2 -2 1.5" xyaxes="1 0 0 0 0.5 1"/>
    <geom name="ground" type="plane" size="5 5 0.1" rgba="0.6 0.6 0.6 1"/>
 
    <body name="arm" pos="0 0 0.15">
      <joint name="arm_joint" type="slide" axis="1 0 0" limited="true" range="-1.57 1.57"/>
      <geom name="arm_geom" type="cylinder" size="0.05 0.3" rgba="0.8 0.3 0.3 1" euler="0 90 0"/>

      <body name="end_effector" pos="0.35 0 0">
        <joint name="wrist_joint" type="hinge" axis="1 0 0" limited="true" range="-1.57 1.57"/>
        <geom name="hand_geom" type="sphere" size="0.08" rgba="0.3 0.8 0.3 1"/>

        <site name="end" type="sphere" size="0.02" rgba="1 0 0 0.8" pos="0.08 0 0"/>
      </body>
    </body>

    <geom name="wall" type="box" size="0.1 2 1" pos="1.2 0 0.5" rgba="0.5 0.5 0.5 1"/>
  </worldbody>

  <actuator>
    <position name="arm_act" joint="arm_joint" kp="1000" kv="100"/>
  </actuator>

  <sensor>
    <touch name="touch sensor" site="end"/>
  </sensor>
</mujoco>

多个触摸传感器配置#

<!-- 机器人手指上的多个触觉点 -->
<site name="thumb_tip" pos="0.1 0 0.15" type="sphere" size="0.02" rgba="1 0 0 1"/>
<site name="index_tip" pos="0.05 0 0.18" type="sphere" size="0.02" rgba="0 1 0 1"/>
<site name="middle_tip" pos="0 0 0.18" type="sphere" size="0.02" rgba="0 0 1 1"/>

<!-- 对应的触摸传感器 -->
<sensor>
    <touch name="thumb_touch" site="thumb_tip"/>
    <touch name="index_touch" site="index_tip"/>
    <touch name="middle_touch" site="middle_tip"/>
</sensor>

不同形状的触摸传感器#

<!-- 球形触觉传感器 -->
<site name="sphere_touch" type="sphere" size="0.03" rgba="1 1 0 1" pos="0 0 0"/>

<!-- 胶囊形触觉传感器 -->
<site name="capsule_touch" type="capsule" size="0.02 0.1" rgba="1 0 1 1" pos="0 0 0"/>

<!-- 圆柱形触觉传感器 -->
<site name="cylinder_touch" type="cylinder" size="0.03 0.08" rgba="0 1 1 1" pos="0 0 0"/>

<sensor>
    <touch name="sphere_sensor" site="sphere_touch"/>
    <touch name="capsule_sensor" site="capsule_touch"/>
    <touch name="cylinder_sensor" site="cylinder_touch"/>
</sensor>

🚀 使用示例#

Python API 使用#

完整的可视化示例请参考 examples/sensors/touch_sensor_demo.py。

基本配置和传感器获取#

path = "examples/assets/touch_sensor_demo.xml"

# Load scene model
model = load_model(path)

# Launch renderer
render.launch(model)

# Create physics data
data = SceneData(model)

# Get actuator
arm_act = model.get_actuator("arm_act")

# Get touch sensor site position
end_site = model.get_site("end")

传感器数据读取与可视化#

force_data = model.get_sensor_value("touch sensor", data)
# Handle single environment simulation data (shape is (1,))
force_value = force_data[0]
if force_value > 0.0:
    # Output touch sensor data
    print("Touch force = ", force_value)

# Get touch sensor position
sensor_pose = end_site.get_pose(data)
sensor_pos = sensor_pose[:3]  # Extract position part

# Draw touch sensor position (red sphere)
render.gizmos.draw_sphere(0.03, sensor_pos, color=Color.rgb(1, 0, 0))

# When pressure is detected, draw arrow based on pressure value
if force_value > 0.0:
    arrow_length = force_value * 0.002
    arrow_end = sensor_pos + np.array([arrow_length, 0, 0])  # Along positive x-axis
    render.gizmos.draw_arrow(
        start=sensor_pos,
        end=arrow_end,
        color=Color.rgb(1, 1, 0),  # Yellow arrow
    )

实际应用场景#

该示例演示了一个圆柱体沿 x 轴做线性往复运动，撞击墙壁来测试末端 touch 传感器的反馈：

线性运动控制: 圆柱体从-2 移动到 2，然后返回，实现往复运动
实时接触检测: 当圆柱体末端接触墙壁时，传感器检测到压力
可视化反馈:
- 红色球体显示传感器位置
- 黄色箭头长度与接触力成正比，直观显示力的大小
力监控: 控制台实时输出接触力数值

检测流程#

接触点识别: 如果接触点位于 Touch 传感器的 site 范围内，或者接触点的法线方向穿过 site，则视为有效接触
力计算: 计算每个接触点的法向力
力累积: 将所有接触点的法向力求和
返回结果: 返回总的法向力大小

⚠️ 注意事项#

Site 形状重要性: 传感器的检测范围由 site 的几何形状和大小决定
法向力测量: 仅测量法向力，不包括切向力分量
力累积: 多个接触点的力会累积为单个标量值
不支持高级属性: MotrixSim 目前不支持cutoff、noise和user属性
数据类型: 返回值是numpy.ndarray类型，形状支持向量化环境
零值含义: 返回值为 0 表示无接触或接触力可忽略