Introducing Environmental Constraints to Grasping Strategies for Paper-Like Flexible Materials Using a Soft Gripper
作者: Yi Dong, Yang Li, Jinjun Duan, Zhendong Dai
分类: cs.RO
发布日期: 2026-05-12
备注: Under Review
💡 一句话要点
针对纸状柔性材料，提出利用环境约束的软抓取策略
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 柔性材料抓取 软抓手 环境约束 机器人操作 纸状材料
📋 核心要点
- 纸状柔性材料的抓取易受压缩应力影响，现有方法难以应对材料物理性质的微小变化。
- 该论文提出利用环境约束的软抓取策略，系统研究纸状材料的抓取，并分析其力学和运动学模型。
- 实验评估了抓取力和成功率，总结了不同策略的适用场景，为家用服务机器人抓取平面柔性物体提供参考。
📝 摘要（中文）
柔性物体的机器人操作在工业和服务领域有广泛需求。纸状材料与其他柔性材料（如布料）相比，具有独特的力学特性，对压缩应力更为敏感，物理性质的微小变化会显著影响抓取。本研究系统地研究了利用通用软抓手和环境约束抓取纸状材料的策略。基于现有抓取策略中使用的操作原语，我们提出了利用环境约束的柔性材料抓取策略，并分析了其力学和运动学模型。为了研究材料和工作条件对抓取的影响，定义并实验评估了一个用于测量抓取力和成功率的评估系统。最后，我们总结了不同策略的特定工作空间和特性，这些策略可以满足各种任务需求，并有望应用于家用服务机器人中，以抓取平面柔性物体。
🔬 方法详解
问题定义：现有方法在抓取纸状柔性材料时，由于材料对压缩应力敏感，物理性质的微小变化会导致抓取失败。因此，需要一种能够适应材料特性变化，并能有效利用环境信息辅助抓取的策略。现有方法通常没有充分利用环境约束，导致抓取鲁棒性较差。
核心思路：论文的核心思路是利用环境约束来辅助软抓手抓取纸状柔性材料。通过将环境表面作为支撑，可以减少材料的变形，提高抓取的稳定性。同时，针对不同的环境约束条件，设计不同的抓取策略，以适应不同的任务需求。
技术框架：该研究的技术框架主要包括以下几个部分：1) 基于现有操作原语，提出利用环境约束的抓取策略；2) 建立抓取过程的力学和运动学模型，分析抓取过程中的受力情况和运动轨迹；3) 设计评估系统，测量抓取力和成功率，评估不同策略的性能；4) 总结不同策略的适用场景和特性。
关键创新：该论文的关键创新在于：1) 系统地研究了利用环境约束的软抓取策略，并针对纸状柔性材料的特性进行了优化；2) 提出了基于操作原语的抓取策略，使得策略的设计更加模块化和可扩展；3) 设计了评估系统，能够定量地评估抓取策略的性能。
关键设计：论文的关键设计包括：1) 软抓手的选择，需要具有良好的适应性和抓取力；2) 环境约束的选取，需要根据任务需求选择合适的约束条件，例如平面、边缘等；3) 抓取策略的设计，需要考虑材料的特性、环境约束和抓手的运动能力；4) 评估指标的选择，需要能够反映抓取的稳定性和成功率。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，利用环境约束的软抓取策略能够显著提高纸状柔性材料的抓取成功率。通过对比不同环境约束条件下的抓取性能，发现合适的约束条件能够有效提高抓取的稳定性和鲁棒性。该研究为柔性材料的机器人操作提供了新的思路和方法。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于家用服务机器人、工业自动化等领域。例如，家用服务机器人可以利用该技术抓取纸巾、传单等平面柔性物体，提高机器人的服务能力。在工业自动化领域，可以用于处理纸张、薄膜等柔性材料，提高生产效率和产品质量。未来，该技术还可以扩展到其他柔性材料的抓取，例如布料、皮革等。
📄 摘要（原文）
Robotic manipulation of flexible objects is widely required in both industrial and service applications. Among such objects, paper-like materials exhibit distinct mechanical characteristics compared to cloth, being more sensitive to compressive stress, where minor variations in physical properties can significantly affect grasping. This study systematically investigates grasping strategies for paper-like materials using a universal soft gripper by exploiting environmental constraints. Based on manipulation primitives employed in existing grasping strategies, we proposed systematic grasping strategies for flexible materials by exploiting environmental constraints and analyzed their mechanical and kinematic models. To investigate the influence of materials and working conditions on grasping, an evaluation system for measuring grasping force and success rate was defined and experimentally evaluated. Finally, we summarized the specific workspaces and characteristics of different strategies that can satisfy various task requirements and lead to potential applications in household service robots for grasping planar flexible objects.