DexGrip: Multi-modal Soft Gripper with Dexterous Grasping and In-hand Manipulation Capacity
作者: Xing Wang, Liam Horrigan, Josh Pinskier, Ge Shi, Vinoth Viswanathan, Lois Liow, Tirthankar Bandyopadhyay, Jen Jen Chung, David Howard
分类: cs.RO
发布日期: 2024-11-26
备注: 6 pages, 5 figures
💡 一句话要点
DexGrip：具有灵巧抓取和手内操作能力的多模态软体夹爪
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 软体机器人 机器人夹爪 手内操作 多模态 灵巧抓取 主动吸力 旋转抓取 机器人操作
📋 核心要点
- 现有机器人夹爪在手内操作能力不足，限制了其通用性，尤其是在处理不同属性物体时。
- DexGrip通过结合主动吸力掌和旋转抓取表面，实现了无需重新抓取即可完成的灵巧操作。
- 实验证明DexGrip能够成功处理各种物体，并在复杂操作任务中表现出优于现有夹爪的性能。
📝 摘要（中文）
为了实现通用操作，机器人夹爪不仅需要能够抓取物体，还需要能够进行手内重定位和重定向。虽然软体机器人抓取方面的最新进展极大地提高了抓取质量和稳定性，但其操作能力仍有待探索。本文提出了一种用于手内抓取、重定向和操作的多模态软体机器人夹爪DexGrip。DexGrip具有3自由度（DoF）的主动吸力掌和3个主动（旋转）抓取表面，无需重新抓取物体即可实现柔软、稳定和灵巧的抓取和操作。独特的是，这些功能可以在所有三个主轴上实现完整的360度旋转。我们通过实验证明了这些能力，实验对象涵盖了各种不同的物体和任务。DexGrip成功地抓取、重新定位和重新定向了刚度、尺寸、重量和表面纹理差异很大的物体；并有效地操作了对现有机器人夹爪构成重大挑战的物体。
🔬 方法详解
问题定义：现有机器人夹爪在手内操作能力方面存在局限性，尤其是在处理具有不同刚度、尺寸、重量和表面纹理的物体时。传统的刚性夹爪难以适应物体的形状和表面特性，而一些软体夹爪虽然提高了抓取稳定性，但在手内操作的灵活性方面仍有不足。因此，需要一种能够实现稳定抓取和灵巧手内操作的机器人夹爪。
核心思路：DexGrip的核心思路是结合主动吸力掌和旋转抓取表面，实现多模态的抓取和操作能力。主动吸力掌提供稳定的抓取力，而旋转抓取表面则允许夹爪在不重新抓取物体的情况下进行重定位和重定向。这种设计使得夹爪能够适应不同形状和尺寸的物体，并执行复杂的手内操作。
技术框架：DexGrip的整体架构包括一个3自由度的主动吸力掌和三个主动旋转的抓取表面。主动吸力掌通过控制吸力来实现对物体的稳定抓取，而旋转抓取表面则通过电机驱动实现旋转运动，从而实现物体的重定位和重定向。夹爪的控制系统负责协调主动吸力掌和旋转抓取表面的运动，以实现各种复杂的操作任务。
关键创新：DexGrip的关键创新在于其多模态的设计，即将主动吸力掌和旋转抓取表面相结合。这种设计使得夹爪能够同时实现稳定的抓取和灵巧的操作，从而克服了传统夹爪在手内操作方面的局限性。此外，DexGrip还能够实现物体在所有三个主轴上的360度旋转，进一步提高了其操作灵活性。
关键设计：DexGrip的关键设计包括主动吸力掌的吸力控制策略和旋转抓取表面的运动规划算法。吸力控制策略需要根据物体的重量和表面特性来调整吸力大小，以确保抓取的稳定性。旋转抓取表面的运动规划算法需要考虑物体的形状和目标姿态，以实现高效的重定位和重定向。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，DexGrip能够成功抓取、重新定位和重新定向各种物体，包括刚度、尺寸、重量和表面纹理差异很大的物体。此外，DexGrip还能够有效地操作对现有机器人夹爪构成重大挑战的物体。例如，DexGrip能够实现物体在所有三个主轴上的360度旋转，这对于许多手内操作任务至关重要。这些实验结果证明了DexGrip在抓取和手内操作方面的优越性能。
🎯 应用场景
DexGrip在工业自动化、医疗机器人和家庭服务机器人等领域具有广泛的应用前景。例如，在工业自动化中，DexGrip可以用于装配线上的零件抓取和组装。在医疗机器人中，DexGrip可以用于手术器械的操作和组织缝合。在家庭服务机器人中，DexGrip可以用于日常物品的抓取和整理。该研究的未来影响在于推动机器人夹爪技术的发展，使其能够更好地适应复杂和动态的环境。
📄 摘要（原文）
The ability of robotic grippers to not only grasp but also re-position and re-orient objects in-hand is crucial for achieving versatile, general-purpose manipulation. While recent advances in soft robotic grasping has greatly improved grasp quality and stability, their manipulation capabilities remain under-explored. This paper presents the DexGrip, a multi-modal soft robotic gripper for in-hand grasping, re-orientation and manipulation. DexGrip features a 3 Degrees of Freedom (DoFs) active suction palm and 3 active (rotating) grasping surfaces, enabling soft, stable, and dexterous grasping and manipulation without ever needing to re-grasp an object. Uniquely, these features enable complete 360 degree rotation in all three principal axes. We experimentally demonstrate these capabilities across a diverse set of objects and tasks. DexGrip successfully grasped, re-positioned, and re-oriented objects with widely varying stiffnesses, sizes, weights, and surface textures; and effectively manipulated objects that presented significant challenges for existing robotic grippers.