Scalable, Simulation-Guided Compliant Tactile Finger Design

要約

準拠したグリッパーにより、ロボットは構造化されていない環境でも人間と協力して作業できます。
一般に、これらのグリッパーは、周囲のオブジェクトの状態を推定してオブジェクトを正確に操作するための触覚センシングを改善できます。
ただし、準拠した構造と高解像度の触覚センシングを共同設計するのは困難な作業です。
私たちは、GelSight Fin Ray センサーのエンドツーエンドのフォワード設計のためのシミュレーション フレームワークを提案します。
当社のシミュレーション フレームワークは、有限要素法 (FEM) を使用した機械シミュレーションと、物理ベース レンダリング (PBR) を含む光学シミュレーションで構成されます。
これらの GelSight Fin Ray で使用される蛍光塗料をシミュレートするために、PBR に直接統合できる効率的な方法を提案します。
シミュレーション フレームワークを使用して、準拠グリッパーで利用可能な設計の選択肢、つまりゲル パッドの形状、照明条件、フィン レイ グリッパーのサイズ、およびフィン レイの剛性を調査します。
このインフラストラクチャにより、48 mm $\times$ \18 mm から 70 mm $\times$ 35 mm までのさまざまなセンシング領域を持つ新しいフィン レイ センサーの設計とプロトタイプの期間を短縮できます。
選択したパラメータを考慮すると、さまざまなフィン レイの設計を最適化し、日常の物体を把握する際の有用性を示すことができます。

要約(オリジナル)

Compliant grippers enable robots to work with humans in unstructured environments. In general, these grippers can improve with tactile sensing to estimate the state of objects around them to precisely manipulate objects. However, co-designing compliant structures with high-resolution tactile sensing is a challenging task. We propose a simulation framework for the end-to-end forward design of GelSight Fin Ray sensors. Our simulation framework consists of mechanical simulation using the finite element method (FEM) and optical simulation including physically based rendering (PBR). To simulate the fluorescent paint used in these GelSight Fin Rays, we propose an efficient method that can be directly integrated in PBR. Using the simulation framework, we investigate design choices available in the compliant grippers, namely gel pad shapes, illumination conditions, Fin Ray gripper sizes, and Fin Ray stiffness. This infrastructure enables faster design and prototype time frames of new Fin Ray sensors that have various sensing areas, ranging from 48 mm $\times$ \18 mm to 70 mm $\times$ 35 mm. Given the parameters we choose, we can thus optimize different Fin Ray designs and show their utility in grasping day-to-day objects.

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