[論文レビュー] Tac3D: A Novel Vision-based Tactile Sensor for Measuring Forces Distribution and Estimating Friction Coefficient Distribution

Lunwei Zhang, Yue Wang+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2022

Tactile and Sensory Interactions被引用数 31

ひとこと要約

Tac3Dは仮想の双眼視覚を用いた視覚ベースの触覚センサを導入し、3D触覚情報と力の分布を測定し、摩擦係数分布を推定し、摩擦マッピングを持つ3D物体モデルを再構成します。

ABSTRACT

The importance of force perception in interacting with the environment was proven years ago. However, it is still a challenge to measure the contact force distribution accurately in real-time. In order to break through this predicament, we propose a new vision-based tactile sensor, the Tac3D sensor, for measuring the three-dimensional contact surface shape and contact force distribution. In this work, virtual binocular vision is first applied to the tactile sensor, which allows the Tac3D sensor to measure the three-dimensional tactile information in a simple and efficient way and has the advantages of simple structure, low computational costs, and inexpensive. Then, we used contact surface shape and force distribution to estimate the friction coefficient distribution in contact region. Further, combined with the global position of the tactile sensor, the 3D model of the object with friction coefficient distribution is reconstructed. These reconstruction experiments not only demonstrate the excellent performance of the Tac3D sensor but also imply the possibility to optimize the action planning in grasping based on the friction coefficient distribution of the object.

研究の動機と目的

• 操作タスクにおけるリアルタイムの正確な接触力分布の測定の必要性を動機付ける。
• 3D触覚情報と力のマッピングのための視覚ベース触覚センサ（Tac3D）アプローチを提案する。
• 接触領域における摩擦係数分布の推定を可能にする。
• センサデータとグローバル姿勢を用いて、摩擦分布を有する3D物体モデルを再構成する。

提案手法

• 触覚センサに仮想の双眼視を適用して3D触覚情報を取得する。
• 視覚データから接触表面の形状を導出し、力の分布を計算する。
• 接触形状と力データから摩擦係数分布を推定する。
• 触覚データとグローバル姿勢を組み合わせて、摩擦マッピングを伴う物体の3Dモデルを再構成する。
• 性能を検証し、動作計画最適化の可能性を示す再構成実験を実演する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 視覚ベースの触覚センサは、リアルタイムで3D接触表面形状を正確に測定できますか？
• RQ2 センサデータを使用して接触領域内の摩擦係数分布を推定できますか？
• RQ3 3D触覚情報と摩擦マッピングを用いて、空間的な摩擦分布を持つ物体の3Dモデルを再構成できますか？
• RQ4 摩擦分布知識が把持計画に与える潜在的な影響はどの程度ですか？

主な発見

• The Tac3D sensor enables measurement of 3D tactile information and contact force distribution using a vision-based approach.
• Friction coefficient distribution can be estimated from the contact surface shape and force data.
• Combined with global pose, Tac3D supports reconstruction of a 3D object model with friction distribution.
• Experiments demonstrate the sensor’s performance and imply benefits for friction-aware grasp planning.