Incipient Slip Detection by Vibration Injection into Soft Sensor

要約

ロボット操作では、物体の滑りを防止し、物体をしっかりと掴むことが重要です。
操作を成功させるには、接触面での微視的な初期滑り現象を検出する触覚センサーが必要です。
残念ながら、初期の滑りによって生成される小さな信号は環境ノイズによってすぐに埋もれてしまい、正確な応力分布測定には大規模な光学システムと集積回路が必要になります。
本研究では、接触面を直接観察するのではなく、指先全体の軟構造の巨視的な変形とセンシングのための振動媒体としての役割に焦点を当てます。
提案手法は，軟構造への振動注入による伝播特性の変化を利用して，スティック率の情報を一次元の圧力信号に圧縮することで，微視的な初期滑り現象を変形全体に拡大する。
この仕組みにより、触覚センサーは 1 つの振動センサーのみを使用できます。
実装したシステムでは、PZTモータからの白色信号を用いて生体模倣触覚センサを振動させ、伝播する振動の周波数スペクトル変化を特徴として利用する。
初期滑り時のスティック比推定と \red{スティック比安定化} 制御に対する提案手法の有効性を調査しました。
推定誤差と制御性能の結果は、従来の手法を大幅に上回りました。

要約(オリジナル)

In robotic manipulation, preventing objects from slipping and establishing a secure grip on them is critical. Successful manipulation requires tactile sensors that detect the microscopic incipient slip phenomenon at the contact surface. Unfortunately, the tiny signals generated by incipient slip are quickly buried by environmental noise, and precise stress-distribution measurement requires an extensive optical system and integrated circuits. In this study, we focus on the macroscopic deformation of the entire fingertip’s soft structure instead of directly observing the contact surface and its role as a vibration medium for sensing. The proposed method compresses the stick ratio’s information into a one-dimensional pressure signal using the change in the propagation characteristics by vibration injection into the soft structure, which magnifies the microscopic incipient slip phenomena into the entire deformation. This mechanism allows a tactile sensor to use just a single vibration sensor. In the implemented system, a biomimetic tactile sensor is vibrated using a white signal from a PZT motor and utilizes frequency spectrum change of the propagated vibration as features. We investigated the proposed method’s effectiveness on stick-ratio estimation and \red{stick-ratio stabilization} control during incipient slip. Our estimation error and the control performance results significantly outperformed the conventional methods.

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