Theoretical Model Construction of Deformation-Force for Soft Grippers Part II: Displacement Control Based Intrinsic Force Sensing

要約

コンプライアントな把持は、実際のアプリケーションでほとんどのロボットにとって不可欠な機能です。
Fin-Ray グリッパーなど、産業用または物流用のシナリオで一般的に使用される準拠したロボット エンドエフェクターの場合、形状の変形と接触力を相互にマッピングする双方向の数学的モデルを構築することは依然として困難です。
この記事のパート I では、非常に少ない仮定を使用して共回転理論を使用して、設計を最適化するための力と変位の関係を構築しました。
パート II では、詳細な変位力の数学モデルをさらに考案し、コンプライアント グリッパーがセンサーなしで接触力を正確に推定できるようにします。
具体的には、共回転理論に基づく提案されたアプローチは、変形から接触力を計算できます。
提示された変位制御アルゴリズムは、接触力を精巧に調査し、変形が接触点の変位として現れるグリッパーの力制御システムに力フィードバックを提供します。
その後、有限要素解析 (FEA) との比較を通じて、提案されたモデルの性能を評価するためにシミュレーション実験が行われます。
シミュレーションの結果、さまざまな設計パラメーターに関係なく、提案されたモデルが接触力を正確に推定し、すべての単一/複数ノードのケースで平均誤差が約 5% であることが明らかになりました (この記事のパート I は Google ドライブで公開されています)。

要約(オリジナル)

Compliant grasping is an essential capability for most robots in practical applications. For compliant robotic end-effectors that commonly appear in industrial or logistic scenarios, such as Fin-Ray gripper, it still remains challenging to build a bidirectional mathematical model that mutually maps the shape deformation and contact force. Part I of this article has constructed the force-displacement relationship for design optimization through the co-rotational theory with very few assumptions. In Part II, we further devise a detailed displacement-force mathematical model, enabling the compliant gripper to precisely estimate contact force sensor-free. Specifically, the proposed approach based on the co-rotational theory can calculate contact forces from deformations. The presented displacement-control algorithm elaborately investigates contact forces and provides force feedback for a force control system of a gripper, where deformation appears as displacements in contact points. Afterward, simulation experiments are conducted to evaluate the performance of the proposed model through comparisons with the finite-element analysis (FEA). Simulation results reveal that the proposed model accurately estimates contact force, with an average error of around 5% throughout all single/multiple node cases, regardless of various design parameters (Part I of this article is released in Google Drive).

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