Dexterous Manipulation of Deformable Objects via Pneumatic Gripping: Lifting by One End

📄 arXiv: 2501.05198v1 📥 PDF

作者: Roman Mykhailyshyn, Jonathan Lee, Mykhailo Mykhailyshyn, Kensuke Harada, Ann Majewicz Fey

分类: cs.RO

发布日期: 2025-01-09

备注: Submitted to RA-L

💡 一句话要点

提出一种基于气动抓取的纺织品单边灵巧操作方法，降低抓取力并减少振动

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 气动抓取 柔性物体操作 纺织品操作 机器人灵巧操作 自动化生产线

📋 核心要点

  1. 现有气动抓取方法在提升柔性物体时存在不足，难以有效控制形变和振动。
  2. 通过精确调整气动夹爪的姿态和位置，降低抓取力需求，减少气流引起的振动。
  3. 实验验证了该方法在不同材质上的有效性，实现了单边抓取提升，适用于自动化生产线。

📝 摘要（中文）

本研究旨在提升机器人单元中柔性物体操作的可及性，通过局部气动抓取系统实现。现有气动抓取方法在处理柔性物体时，尤其是在有效提升方面存在困难。本文提出了一种从单边灵巧提升纺织品的方法，该方法利用先前开发的适用于柔性和多孔材料的夹爪。通过在提升过程中精确调整夹爪的方向和位置，显著降低了所需的抓取力，并最大限度地减少了气流引起的物体振动。该方法在四种不同质量、摩擦力和柔韧性的材料上进行了测试和验证。该方法能够从传送带或自动化生产线上提升柔性物体，即使只有一个边缘可供抓取。未来的工作将涉及集成视觉系统，以优化具有更复杂形状的柔性物体的操作。

🔬 方法详解

问题定义：现有方法在利用气动夹爪提升柔性物体时，通常需要较大的抓取力，容易导致物体形变过大或产生明显的振动，影响操作的稳定性和精度。尤其是在只能从物体边缘进行抓取的情况下，问题更为突出。

核心思路：本研究的核心思路是通过精确控制气动夹爪的姿态和位置，优化抓取过程，从而降低所需的抓取力，并减少气流引起的振动。通过调整夹爪的角度和深度，使抓取力更均匀地分布在物体表面，避免局部应力集中。

技术框架：该方法主要包含以下几个阶段：1) 夹爪初始化：根据物体材质和形状，设置夹爪的初始姿态和位置。2) 抓取过程：逐步调整夹爪的姿态和位置，同时监测抓取力的大小和物体的振动情况。3) 提升过程：在保证抓取稳定性的前提下，缓慢提升物体。4) 优化调整：根据实验结果，对夹爪的姿态和位置进行优化调整，以获得最佳的抓取效果。

关键创新：该方法最重要的创新点在于通过精确的姿态和位置控制，实现了对气动抓取过程的优化。与传统的“一抓了之”的方法不同，该方法能够根据物体的特性，动态调整抓取策略，从而降低抓取力需求，减少振动，提高操作的稳定性和精度。

关键设计：关键设计包括：1) 夹爪的结构设计，需要保证能够稳定抓取柔性物体，并提供足够的抓取力。2) 姿态和位置控制算法，需要能够精确控制夹爪的运动，并根据反馈信息进行调整。3) 振动监测系统，需要能够实时监测物体的振动情况，并为控制算法提供反馈。

🖼️ 关键图片

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📊 实验亮点

该方法在四种不同材质的纺织品上进行了测试，结果表明，通过精确调整夹爪的姿态和位置，能够显著降低所需的抓取力，并减少气流引起的物体振动。具体性能数据未知，但实验结果验证了该方法在单边抓取提升柔性物体方面的有效性。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于自动化服装生产线、纺织品分拣、食品包装等领域。通过更稳定、可靠地抓取和操作柔性物体，提高生产效率，降低人工成本。未来结合视觉系统，可进一步扩展到更复杂形状物体的操作，实现更智能化的柔性物体操作。

📄 摘要（原文）

Manipulating deformable objects in robotic cells is often costly and not widely accessible. However, the use of localized pneumatic gripping systems can enhance accessibility. Current methods that use pneumatic grippers to handle deformable objects struggle with effective lifting. This paper introduces a method for the dexterous lifting of textile deformable objects from one edge, utilizing a previously developed gripper designed for flexible and porous materials. By precisely adjusting the orientation and position of the gripper during the lifting process, we were able to significantly reduce necessary gripping force and minimize object vibration caused by airflow. This method was tested and validated on four materials with varying mass, friction, and flexibility. The proposed approach facilitates the lifting of deformable objects from a conveyor or automated line, even when only one edge is accessible for grasping. Future work will involve integrating a vision system to optimize the manipulation of deformable objects with more complex shapes.