Active Acoustic Sensing for Robot Manipulation

要約

ロボット操作における知覚は、視覚と触覚を統合して大局的・局所的な特徴抽出を行うことを目標に、活発に研究されている。しかし、ある物体の内部状態を知覚することは困難であり、視覚と触覚の統合はコンパクトではなく、偏りやすい。我々は、ロボット操作のためのアクティブ音響センシング法を開発することで、これらの限界に対処することを提案する。アクティブアコースティックセンシングは、物体の共振特性に依存する。この共振特性は、物体の材質、形状、内部構造、グリッパーや環境との接触相互作用に関連する。このセンサーは、振動アクチュエーターと圧電マイクロフォンで構成されています。アクチュエータは波形を生成し、マイクロホンはその波形が物体を通過する際の伝搬と歪みを追跡する。本論文では、センシング原理、ハードウェア設計、シミュレーション開発、および概念実証として異なる条件下での物理的およびシミュレートされた感覚データの評価を紹介する。この研究は、物体認識、把持点推定、物体姿勢推定、外部接触形成検出など、アクティブ音響センシングを用いた下流のロボット操作タスクに有用なツールの基礎を提供することを目的としている。

要約(オリジナル)

Perception in robot manipulation has been actively explored with the goal of advancing and integrating vision and touch for global and local feature extraction. However, it is difficult to perceive certain object internal states, and the integration of visual and haptic perception is not compact and is easily biased. We propose to address these limitations by developing an active acoustic sensing method for robot manipulation. Active acoustic sensing relies on the resonant properties of the object, which are related to its material, shape, internal structure, and contact interactions with the gripper and environment. The sensor consists of a vibration actuator paired with a piezo-electric microphone. The actuator generates a waveform, and the microphone tracks the waveform’s propagation and distortion as it travels through the object. This paper presents the sensing principles, hardware design, simulation development, and evaluation of physical and simulated sensory data under different conditions as a proof-of-concept. This work aims to provide fundamentals on a useful tool for downstream robot manipulation tasks using active acoustic sensing, such as object recognition, grasping point estimation, object pose estimation, and external contact formation detection.

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