Hybrid Roller-Jamming Gripper for Object Acquisition and Retention Under Pose Uncertainty
作者: Yijie Ren, Guillaume Gourmelen, Hiroyasu Iwata
分类: cs.RO
发布日期: 2026-08-21
备注: 11 pages, 16 figures, under review
💡 一句话要点
提出混合滚轮-夹紧抓手以解决物体获取和保持中的姿态不确定性问题
🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)
关键词: 混合抓手 滚轮夹紧 物体获取 姿态不确定性 机器人抓取 颗粒夹紧 家庭操作 自动化
📋 核心要点
- 现有的抓手技术在姿态不确定性下，物体的偏心或部分接触导致获取和保持的可靠性不足。
- 本文提出的混合滚轮-夹紧抓手，通过滚轮旋转和颗粒夹紧相结合，提升了物体的获取和保持能力。
- 实验结果显示，该抓手在840次抓取试验中成功812次，表现出显著的性能提升，尤其在姿态偏移情况下。
📝 摘要（中文）
在家庭操作中，姿态不确定性常导致物体的偏心或部分接触，使得可靠的物体获取变得困难。基于滚轮的抓手可以主动将物体吸引入内，但在捕获后稳定性有限；而颗粒夹紧抓手在夹紧前需要足够的接触才能实现强保持。本文提出了一种混合滚轮-夹紧抓手，将主动物体摄取和捕获后的保持集成在一个抓手中。该抓手通过向内旋转滚轮增加接触并将物体拉向抓手中心，随后通过真空诱导颗粒夹紧来增强滚轮的刚性并稳定抓取。实验结果表明，该抓手在840次抓取试验中成功812次，展示了混合滚轮-夹紧策略在不完美初始接触后的获取和保持能力的提升。
🔬 方法详解
问题定义：本文旨在解决家庭操作中由于姿态不确定性导致的物体获取和保持的困难。现有的滚轮抓手在捕获后稳定性不足，而颗粒夹紧抓手则需要充分接触才能实现有效保持。
核心思路：提出的混合滚轮-夹紧抓手结合了滚轮的主动摄取和颗粒夹紧的稳定保持，通过向内旋转滚轮增加物体接触，随后利用真空诱导夹紧增强抓手的稳定性。
技术框架：该抓手的工作流程包括两个主要阶段：第一阶段是通过滚轮的旋转将物体吸引至抓手中心，第二阶段是通过真空夹紧增强抓手的刚性，确保物体的稳定保持。
关键创新：混合滚轮-夹紧抓手的创新在于将两种不同的抓取机制结合在一起，克服了单一机制在姿态不确定性下的局限性，提供了更高的抓取成功率和稳定性。
关键设计：抓手的设计包括滚轮的旋转角度、真空夹紧的强度等关键参数，实验中对这些参数进行了优化，以确保在不同的接触条件下均能实现有效抓取。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
在840次抓取试验中，该抓手成功812次，成功率达到96.67%。在216次平面偏移试验中成功215次，成功率为99.54%；在624次姿态偏移试验中成功597次，成功率为95.67%。与单一机制的抓手相比，混合抓手在姿态不确定性下表现出显著的性能提升。
🎯 应用场景
该研究的混合滚轮-夹紧抓手具有广泛的应用潜力，特别是在家庭机器人、服务机器人和工业自动化等领域。其提升的抓取能力和稳定性将有助于机器人在复杂环境中更有效地进行物体操作，未来可能推动智能家居和自动化生产线的发展。
📄 摘要（原文）
In household manipulation, pose uncertainty often results in off-centre or partial initial contact, making reliable object acquisition difficult. Roller-based grippers can actively draw objects inward but often provide limited post-capture stability, whereas granular-jamming grippers require sufficient contact before jamming to achieve strong retention. This paper presents a hybrid roller-jamming gripper that integrates active object intake and post-capture retention within a single gripper. The proposed gripper uses inward roller rotation to increase contact and draw the object toward the gripper centre, followed by vacuum-induced granular jamming to stiffen the rollers and stabilise the grasp. The paper also presents a simplified geometric analysis of the gripper and a bench-level characterisation of the prototype's force capability. The gripper prototype was mounted on a 7-DoF robotic arm and evaluated using eight test objects. Furthermore, controlled planar position and orientation offsets were applied, with each condition repeated three times. The main evaluation comprised 840 grasp trials, including 216 planar-offset trials and 624 orientation-offset trials. Overall, the gripper succeeded in 812/840 trials: 215/216 planar-offset trials and 597/624 orientation-offset trials. The ablation evaluation comprised 162 trials on three objects. The roller-only and jamming-only conditions achieved 54/81 and 24/81 successes, respectively, showing their different contributions. These results provide initial mechanism-level evidence that hybrid roller-jamming is a promising strategy for improving acquisition and retention after imperfect first contact.