Picking by Tilting: In-Hand Manipulation for Object Picking using Effector with Curved Form
作者: Yanshu Song, Abdullah Nazir, Darwin Lau, Yun Hui Liu
分类: cs.RO
发布日期: 2024-11-25
DOI: 10.1109/ICRA48891.2023.10160404
💡 一句话要点
提出一种基于曲面末端执行器的倾斜抓取方法，用于拾取大型物体
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 机器人抓取 手内操作 曲面末端执行器 倾斜操作 物体拾取
📋 核心要点
- 现有方法难以抓取过大物体，本研究旨在解决机器人手内操作中大型物体的拾取问题。
- 利用曲面末端执行器和支撑面，通过倾斜物体形成间隙，再将末端执行器插入间隙实现抓取。
- 实验验证了该方法在不同尺寸和几何形状物体上的有效性，且硬件和控制相对简单。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种机器人手内操作技术，该技术利用曲面被动末端执行器和两个平面支撑面之间的接触相互作用，来拾取过大而无法以夹持方式抓取的物体。首先，在末端执行器和支撑面之间夹持物体并将其倾斜抬起。然后，将末端执行器插入到倾斜形成的物体下方的间隙中，从而获得抵抗重力的抓取。本文首先研究倾斜的力学原理，以了解物体可以初始倾斜的不同方式。然后，提出了一种安全倾斜物体的方法。最后，通过使用定制机器人设备和传统机器人手臂进行的一系列实验，证明了使用我们的技术成功拾取各种尺寸和几何形状的物体。实验结果表明，通过适当的夹具设计，可以使用简单的硬件和控制可靠地执行物体拾取。
🔬 方法详解
问题定义：现有机器人抓取方法在处理尺寸过大的物体时面临挑战，传统的夹持方式难以实现稳定抓取。因此，需要一种新的手内操作技术，能够利用环境中的支撑面和特殊的末端执行器，实现对大型物体的可靠拾取。
核心思路：该论文的核心思路是利用倾斜操作，在物体和支撑面之间创造一个间隙，然后将末端执行器插入该间隙中，从而实现对物体的抓取。这种方法避免了直接夹持大型物体，而是通过巧妙的力学设计，将抓取问题转化为一个更容易解决的插入问题。
技术框架：该方法主要包含以下几个阶段：1) 物体倾斜：利用末端执行器和支撑面，将物体倾斜抬起，形成间隙。2) 末端执行器插入：将曲面末端执行器插入到倾斜形成的间隙中。3) 抓取：末端执行器与物体接触，形成稳定的抓取。整个过程依赖于对倾斜力学的理解和精确的运动控制。
关键创新：该方法最重要的创新在于利用倾斜操作来改变抓取空间，从而能够抓取大于末端执行器的物体。与传统的夹持方式相比，该方法不需要完全包围物体，而是通过支撑和插入来实现抓取，这大大扩展了机器人抓取的能力。
关键设计：关键设计包括：1) 曲面末端执行器的形状设计，需要能够有效地支撑和倾斜物体，并顺利插入间隙。2) 倾斜角度的控制，需要保证物体在倾斜过程中保持稳定，并且能够形成足够大的间隙。3) 支撑面的选择和布置，需要能够提供足够的支撑力，并与末端执行器配合完成倾斜操作。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，该方法能够成功拾取各种尺寸和几何形状的物体，并且硬件和控制相对简单。通过定制的机器人设备和传统机器人手臂，验证了该方法的可行性和可靠性。虽然论文中没有给出具体的性能数据，但实验结果表明，该方法在适当的夹具设计下，可以可靠地执行物体拾取。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于物流、仓储、制造业等领域，尤其是在处理大型、不规则形状物体的场景中具有重要价值。例如，在自动化仓库中，机器人可以利用该技术拾取大型包裹或零件，提高生产效率和自动化水平。未来，该技术还可以扩展到其他领域，如建筑、农业等。
📄 摘要（原文）
This paper presents a robotic in-hand manipulation technique that can be applied to pick an object too large to grasp in a prehensile manner, by taking advantage of its contact interactions with a curved, passive end-effector, and two flat support surfaces. First, the object is tilted up while being held between the end-effector and the supports. Then, the end-effector is tucked into the gap underneath the object, which is formed by tilting, in order to obtain a grasp against gravity. In this paper, we first examine the mechanics of tilting to understand the different ways in which the object can be initially tilted. We then present a strategy to tilt up the object in a secure manner. Finally, we demonstrate successful picking of objects of various size and geometry using our technique through a set of experiments performed with a custom-made robotic device and a conventional robot arm. Our experiment results show that object picking can be performed reliably with our method using simple hardware and control, and when possible, with appropriate fixture design.