A Theory of Irrotational Contact Fields

要約

複雑な接触モデルの凸近似のファミリーを作成できるフレームワークを紹介します。
このフレームワーク内で、Hunt & Crossley モデルなどの十分に確立され、実験的に検証された接触モデルを組み込むことができることを示します。
さらに、摩擦の正規化モデルを使用して、クーロンの法則と最大散逸の原理を組み込む方法を示します。
剛体接触モデルの使用を支持する一般通念に反して、当社の凸状配合は、スチールなどの材料の剛性をはるかに超える高い剛性値でも堅牢でパフォーマンスを発揮します。
したがって、同じ定式化により、ゴム製グリッパー パッドやロボットの足などの柔軟な表面や硬い物体のモデリングが可能になります。
多くのテストケースで近似値を特徴付け、評価します。
それらの特性を報告し、制限を強調します。
最後に、有意義なシミュレーションからリアルへの変換に必要な、正確に解決されたスティクションと接触の遷移を使用した、インタラクティブなレートでのロボット タスクの堅牢なシミュレーションを実証します。
私たちのメソッドは、オープンソースのロボット工学ツールキット Drake に実装されています。

要約(オリジナル)

We present a framework that enables to write a family of convex approximations of complex contact models. Within this framework, we show that we can incorporate well established and experimentally validated contact models such as the Hunt & Crossley model. Moreover, we show how to incorporate Coulomb’s law and the principle of maximum dissipation using a regularized model of friction. Contrary to common wisdom that favors the use of rigid contact models, our convex formulation is robust and performant even at high stiffness values far beyond that of materials such as steel. Therefore, the same formulation enables the modeling of compliant surfaces such as rubber gripper pads or robot feet as well as hard objects. We characterize and evaluate our approximations in a number of tests cases. We report their properties and highlight limitations. Finally, we demonstrate robust simulation of robotic tasks at interactive rates, with accurately resolved stiction and contact transitions, as required for meaningful sim-to-real transfer. Our method is implemented in the open source robotics toolkit Drake.

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