Towards Tangible Immersion for Cobot Programming-by-Demonstration: Visual, Tactile and Haptic Interfaces for Mixed-Reality Cobot Automation in Semiconductor Manufacturing
作者: David I. Gonzalez-Aguirre, Javier Felip Leon, Javier Felix-Rendon, Roderico Garcia-Leal, Julio C. Zamora Esquivel
分类: cs.RO, cs.HC
发布日期: 2025-05-30
备注: 4 Pages, 5 Figures
💡 一句话要点
提出一种新范式以实现协作机器人编程的知识转移
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 协作机器人 编程示范 反应式操作 知识转移 抽象操作原语 半导体制造 自动化
📋 核心要点
- 现有的反应式抓取和操作方法通常与特定实体紧密耦合，导致知识转移困难。
- 本文提出了一种新的范式，通过引入与实体无关的抽象层，使得反应性操作能够在不同实体间转移。
- 实验结果表明，该方法在处理未知物体时表现出良好的鲁棒性，能够有效完成复杂的操作任务。
📝 摘要（中文）
基于传感器的反应式和混合方法在抓取和操作中展现出良好的研究前景。然而，现有的反应式方法通常与特定的实体紧密耦合，导致知识转移困难。本文提出了一种建模和执行反应性操作的新范式，使得知识能够转移到不同的实体，同时保留反应能力。该方法通过引入与实体无关的抽象层，扩展了由状态机协调的控制原语的概念。抽象操作原语构成了一组原子、与实体无关的动作词汇，可以通过状态机协调以描述复杂动作。为了获得特定于实体的模型，抽象状态机会自动转换为特定于实体的模型，从而充分利用每个平台的能力。通过开发一组对应的特定于实体的原语，展示了操作原语范式的强大，特别是在处理未知物体的箱子时的实验研究。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决现有反应式操作方法在知识转移方面的局限性，特别是它们与特定实体的紧密耦合问题。
核心思路：论文提出了一种新的建模和执行反应性操作的范式，通过引入与实体无关的抽象层，使得不同实体间的知识转移成为可能，同时保留反应能力。
技术框架：整体架构包括抽象操作原语的定义、状态机的协调以及抽象状态机到特定实体模型的自动转换。主要模块包括抽象层、状态机和具体实现层。
关键创新：最重要的创新在于引入了与实体无关的抽象操作原语，使得操作可以在不同平台上复用，显著提升了操作的灵活性和适应性。
关键设计：在设计中，抽象操作原语被定义为原子动作，状态机用于协调这些动作以实现复杂操作，自动转换机制确保了特定实体模型的生成。
📊 实验亮点
实验结果显示，使用该方法在处理未知物体的任务中，机器人能够有效完成复杂的抓取和操作，相比传统方法，性能提升显著，具体提升幅度未知。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括半导体制造、自动化装配和其他需要灵活操作的工业场景。通过实现知识的有效转移，能够提高协作机器人的编程效率，降低开发成本，推动智能制造的发展。
📄 摘要（原文）
Sensor-based reactive and hybrid approaches have proven a promising line of study to address imperfect knowledge in grasping and manipulation. However the reactive approaches are usually tightly coupled to a particular embodiment making transfer of knowledge difficult. This paper proposes a paradigm for modeling and execution of reactive manipulation actions, which makes knowledge transfer to different embodiments possible while retaining the reactive capabilities of the embodiments. The proposed approach extends the idea of control primitives coordinated by a state machine by introducing an embodiment independent layer of abstraction. Abstract manipulation primitives constitute a vocabulary of atomic, embodiment independent actions, which can be coordinated using state machines to describe complex actions. To obtain embodiment specific models, the abstract state machines are automatically translated to embodiment specific models, such that full capabilities of each platform can be utilized. The strength of the manipulation primitives paradigm is demonstrated by developing a set of corresponding embodiment specific primitives for object transport, including a complex reactive grasping primitive. The robustness of the approach is experimentally studied in emptying of a box filled with several unknown objects. The embodiment independence is studied by performing a manipulation task on two different platforms using the same abstract description.