[論文レビュー] Design of a sensor integrated adaptive gripper

Sainul Islam Ansary, Sankha Deb+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 26, 2020

Robot Manipulation and Learning参考文献 14被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、ケーブル駆動・プーリー基盤の駆動方式を用いたセンサ統合型の適応型グリッパーを提案する。この設計により、特にプラスチックボトルのような軽量な物体に対しても、安定的かつコンフォーマルな把持が可能になる。1本のリンクが停止しても他の指が継続して動くよう設計されており、把持失敗のリスクが低減される。PyBulletシミュレーションによる検証により、ピックアンドプレースタスクにおける信頼性の高い性能が示された。

ABSTRACT

In this paper, design and development of a sensor integrated adaptive gripper is presented. Adaptive grippers are useful for grasping objects of varied geometric shapes by wrapping fingers around the object. The finger closing sequence in adaptive grippers may lead to ejection of the object from the gripper due to any unbalanced grasping force and such grasp failure is common for lightweight objects. Designing of the proposed gripper is focused on ensuring stable grasp on a wide variety of objects, especially, for lightweight objects (e.g., empty plastic bottles). The actuation mechanism is based on movable pulleys and tendon wires which ensure that once a link stops moving, the other links continue to move and wrap around the object. Further, optimisation is used to improve the design of the adaptive gripper. Finally, validation is done by executing object grasping in a simulated environment PyBullet for simple pick and place tasks on common household objects.

研究の動機と目的

• 適応的把持における把持不安定性、特に軽量で不規則な形状の物体に対しての課題を解決すること。
• 指のラッピング中に物体の飛出を防ぎ、安定した接触を維持するグリッパーの設計。
• リアルタイムのフィードバックを得るための力センサ統合による、より優れた把持制御の実現。
• 性能向上と耐久性向上を目的としたグリッパーの機械的設計最適化。
• 一般的な家庭用の物体を対象としたシミュレーションベースのテストを通じて、グリッパーの有効性を検証すること。

提案手法

• 把持中に順次的・適応的な指の運動を可能にするために、可動式プーリーを備えたケーブル駆動方式の駆動システムを採用。
• 1本の指リンクが停止しても他の指が物体を包み込むように設計することで、一貫した接触を確保。
• 把持力のモニタリングと安定した制御のためのフィードバックを提供するため、センサを統合。
• 負荷分布の最適化と信頼性向上を図るため、最適化技術を適用して機械的設計を精緻化。
• PyBullet環境で、現実的な物体形状と把持タスクを用いてグリッパーの性能をシミュレーション。
• 物体の形状やサイズを事前に正確に把握しなくても、さまざまな物体形状に適合できるよう、運動学的モデルを適用。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プラスチックボトルのような軽量な物体をラッピング中に安定した把持を維持できる適応グリッパーは、どのように設計できるか？
• RQ2 1本のリンクが停止しても継続的な指の運動を可能にする駆動機構は何か？ これにより把持失敗がどのように低減されるか？
• RQ3 センサ統合により、適応グリッパーの把持安定性と制御性能はどのように向上するか？
• RQ4 設計最適化によって、適応グリッパーの機械的性能はどの程度向上できるか？
• RQ5 提案されたグリッパーは、シミュレーションにおいて多様な家庭用物体に対して信頼性の高いピックアンドプレース性能を達成できるか？

主な発見

• ケーブル・プーリー駆動方式により、指の順次的運動が実現され、1本の指が停止しても物体を包み込む動きが継続する。
• センサの統合により、リアルタイムでの把持力モニタリングが可能となり、把持安定性の向上に寄与した。
• 最適化された設計により、特に軽量で壊れやすい物品の把持時に物体の飛出リスクが低減された。
• PyBulletにおけるシミュレーション結果から、多様な一般的な家庭用物体に対して成功裏にピックアンドプレースタスクが実行された。
• 物体の形状やサイズを事前に把握する必要がなく、安定的かつコンフォーマルな把持が実現された。