Combining and Decoupling Rigid and Soft Grippers to Enhance Robotic Manipulation
作者: Maya Keely, Yeunhee Kim, Shaunak A. Mehta, Joshua Hoegerman, Robert Ramirez Sanchez, Emily Paul, Camryn Mills, Dylan P. Losey, Michael D. Bartlett
分类: cs.RO
发布日期: 2024-04-21
💡 一句话要点
提出RISOs以解决机器人抓取多样物体的挑战
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 机器人抓取 软硬结合 物体操控 机械设计 用户体验
📋 核心要点
- 现有的软抓手和刚性抓手在物体抓取上存在明显的局限性，无法满足多样化的抓取需求。
- 本文提出RISOs，通过结合刚性末端执行器与软粘合剂，提供灵活的抓取方式以应对不同物体。
- 实验结果显示，RISOs能够抓取更广泛的物体，用户对其使用体验也表现出更高的偏好。
📝 摘要（中文）
为了使机器人手臂能够在非结构化环境中执行日常任务，必须能够操控多种物体。现有的机器人通常使用软抓手或刚性末端执行器，但这两者各有局限：软抓手难以处理不规则和重物，而刚性抓手则无法抓取小而多的物品。本文提出了一种新的机械和控制方法RISOs，结合了传统的刚性末端执行器与新型软粘合剂。在抓取物体时，RISOs可以使用刚性末端执行器和/或软材料，从而增强操控能力。通过RISOs，机器人能够在从完全刚性到完全软性再到刚性-软性之间进行抓取，实现了在重量范围上高达100万倍的实时物体操控。实验结果表明，RISOs在抓取能力和物体多样性方面表现优异。
🔬 方法详解
问题定义：现有的软抓手在处理不规则和重物时表现不佳，而刚性抓手则无法有效抓取小而多的物体，导致机器人在多样化物体操控上的局限性。
核心思路：RISOs结合了刚性末端执行器与新型软粘合剂，允许机器人在抓取时灵活选择刚性或软性机制，从而提升抓取能力和适应性。
技术框架：RISOs的整体架构包括对软粘合剂的建模与特性分析、将软粘合剂附加到刚性末端执行器的表面，以及开发控制策略以简化操作过程。
关键创新：RISOs的主要创新在于将刚性与软性抓取机制结合，允许机器人在抓取过程中实现实时切换，显著提升了抓取的灵活性和范围。
关键设计：在设计中，软粘合剂的特性被详细建模，控制策略则考虑了人机交互的便利性，确保机器人和操作员能够高效使用RISOs。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
实验结果表明，RISOs能够抓取的物体种类和重量范围显著超过现有抓手，能够处理从2毫克到2千克的物体，提升幅度达到100万倍。用户研究显示，参与者对RISOs的使用体验更为满意，表明其在实际应用中的优越性。
🎯 应用场景
该研究的潜在应用领域包括物流、制造业和家庭服务等场景，能够显著提升机器人在复杂环境中的物体操控能力。未来，RISOs有望在更多实际应用中发挥重要作用，推动智能机器人技术的发展。
📄 摘要（原文）
For robot arms to perform everyday tasks in unstructured environments, these robots must be able to manipulate a diverse range of objects. Today's robots often grasp objects with either soft grippers or rigid end-effectors. However, purely rigid or purely soft grippers have fundamental limitations: soft grippers struggle with irregular, heavy objects, while rigid grippers often cannot grasp small, numerous items. In this paper we therefore introduce RISOs, a mechanics and controls approach for unifying traditional RIgid end-effectors with a novel class of SOft adhesives. When grasping an object, RISOs can use either the rigid end-effector (pinching the item between non-deformable fingers) and/or the soft materials (attaching and releasing items with switchable adhesives). This enhances manipulation capabilities by combining and decoupling rigid and soft mechanisms. With RISOs robots can perform grasps along a spectrum from fully rigid, to fully soft, to rigid-soft, enabling real time object manipulation across a 1 million times range in weight (from 2 mg to 2 kg). To develop RISOs we first model and characterize the soft switchable adhesives. We then mount sheets of these soft adhesives on the surfaces of rigid end-effectors, and develop control strategies that make it easier for robot arms and human operators to utilize RISOs. The resulting RISO grippers were able to pick-up, carry, and release a larger set of objects than existing grippers, and participants also preferred using RISO. Overall, our experimental and user study results suggest that RISOs provide an exceptional gripper range in both capacity and object diversity. See videos of our user studies here: https://youtu.be/du085R0gPFI