[논문 리뷰] Design of a sensor integrated adaptive gripper

Sainul Islam Ansary, Sankha Deb외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 08. 26.

Robot Manipulation and Learning참고 문헌 14인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 테이든 기반의 풀리 구동 방식의 액추에이터 시스템을 사용하여 다양한 물체, 특히 플라스틱 병과 같은 경량 물체에 대해 안정적이고 적응형 쥔다. 설계는 한 링크가 정지하더라도 손가락의 운동이 계속되도록 하여 쥔다 실패를 최소화하며, PyBullet 시뮬레이션을 통해 피킹 및 플레이스 작업에서의 신뢰할 수 있는 성능을 검증하였다.

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.

연구 동기 및 목표

• 경량 및 이방형 형태의 물체에 대해 적응형 쥔다 중 안정성 문제를 해결하기 위해.
• 손가락 감싸기 동안 물체가 밀려나는 것을 방지하고 안정적인 접촉을 유지하는 그립퍼를 설계하기 위해.
• 실시간 피드백을 위한 힘 감지 기능을 통합하여 더 나은 쥔다 제어를 가능하게 하기 위해.
• 성능 향상과 내구성 향상을 위해 그립퍼의 기계적 설계를 최적화하기 위해.
• 일상적인 가정용 물체를 대상으로 시뮬레이션 기반 테스트를 통해 그립퍼의 효과성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 그립퍼가 쥔다 과정 중에 순차적인 적응형 손가락 운동을 가능하게 하기 위해 이동 가능한 풀리가 있는 테이든 기반 액추에이터 시스템을 사용하기 위해.
• 한 손가락 링크가 멈출 경우에도 다른 손가락들이 물체를 감싸는 데 계속 움직일 수 있도록 그립퍼를 설계하기 위해.
• 그립핑 힘을 모니터링하고 안정적인 제어를 위한 피드백을 제공하기 위해 센서를 통합하기 위해.
• 하중 분포 향상과 신뢰성 향상을 위해 기계적 설계를 개선하기 위해 최적화 기법을 적용하기 위해.
• 실제 물체 형상과 쥔다 작업을 반영한 PyBullet 환경에서 그립퍼의 성능을 시뮬레이션하기 위해.
• 사전에 물체의 형태나 크기를 정확히 알지 못해도 다양한 물체 형상에 적응할 수 있도록 운동학 모델을 적용하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 플라스틱 병과 같은 경량 물체를 감싸는 동안 안정적인 쥔다 성능을 유지할 수 있도록 적응형 그립퍼를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 한 링크가 멈춘 후에도 계속 손가락 운동이 이루어지게 하는 데 어떤 액추에이터 메커니즘이 필요한가?
• RQ3 센서 통합이 적응형 그립퍼의 쥔다 안정성과 제어에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 설계 최적화가 적응형 그립퍼의 기계적 성능을 얼마나 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 제안된 그립퍼는 다양한 가정용 물체에 대해 시뮬레이션 환경에서 신뢰할 수 있는 피킹 및 플레이스 성능을 달성할 수 있는가?

주요 결과

• 테이든-풀리 액추에이터 시스템은 한 손가락이 멈출 경우에도 물체를 계속 감싸는 데 필요한 순차적 손가락 운동을 성공적으로 구현하였다.
• 센서 통합 덕분에 실시간으로 그립핑 힘을 모니터링할 수 있었으며, 이는 쥔다 안정성 향상에 기여하였다.
• 최적화된 설계로 인해 특히 경량 및 취약한 물체의 경우 물체가 밀려나는 위험을 줄일 수 있었다.
• PyBullet에서의 시뮬레이션 결과, 다양한 일반적인 가정용 물체에 대해 성공적인 피킹 및 플레이스 성능이 입증되었다.
• 물체의 형태나 크기 정보를 사전에 알지 못해도 안정적이고 적응형 쥔다 성능을 달성하였다.