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

要約

力を認識した把握は、実際のアプリケーションではほとんどのロボットにとって不可欠な機能です。
特に、Fin-Ray グリッパなどの準拠グリッパの場合、形状変形と接触力を相互にマッピングする双方向の数学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、共回転理論を通じ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、変位力の数学的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変形から接触力を正確に推定できるようにします。
提示された変位力モデルは、接触力を入念に調査し、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。変形は接触点の変位として現れます。
その後、シミュレーション実験を実行し、Ansys の有限要素解析 (FEA) との比較を通じて、提案されたモデルのパフォーマンスを評価します。
シミュレーションの結果、提案されたモデルは、さまざまな設計パラメーターに関係なく、単一ノードまたは複数ノードの場合、それぞれ平均誤差約 3% と約 4% で接触力を正確に推定していることが明らかになりました (この記事のパート I は Arxiv1 でリリースされています)。

要約(オリジナル)

Force-aware grasping is an essential capability for most robots in practical applications. Especially for compliant grippers, such as Fin-Ray grippers, 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. In Part II, we further devise a displacement-force mathematical model, enabling the compliant gripper to precisely estimate contact force from deformations sensor-free. The presented displacement-force model 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) in Ansys. Simulation results reveal that the proposed model accurately estimates contact force, with an average error of around 3% and 4% for single or multiple node cases, respectively, regardless of various design parameters (Part I of this article is released in Arxiv1)

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