An Origami-Inspired Variable Friction Surface for Increasing the Dexterity of Robotic Grippers

要約

ロボットグリッパーの把握能力は大幅な発展を見せていますが、手の中で物体を操作する能力はまだ限られています。
この制限の 1 つの説明は、掴んだ物体とグリッパーの間の接触変化が制御されていないことです。
たとえば、人間の手には、物体の表面をしっかりと握るだけでなく、物体の表面を滑らせる能力があり、接触を失うことなく手の中で物体をより高度に操作するのに役立ちます。
このレターでは、ロボットの指の表皮として実装するのに適した、高摩擦状態と低摩擦状態の間を遷移できる、折り紙からヒントを得たパラメトリックな薄い表面を紹介します。
設計パラメータ、力解析、および手で操作するタスクのパフォーマンスに基づいて、提案された表面の数値解析が提示されます。
提案された異なるパラメータを持つ可変摩擦面を利用した単純な 2 本指 2 自由度グリッパーの開発を通じて、可変摩擦のない同じグリッパーと比較した場合に手の操作能力が向上することを実験的に実証します。
結果は、パターン密度と谷間ギャップが手元操作のパフォーマンスに影響を与える主なパラメータであることを示しています。
折り紙をヒントにした薄い表面と高いパターン密度により、谷の隙間が小さくなり、高さの変化が小さくなり、手の操作能力がより安定して向上します。

要約(オリジナル)

While the grasping capability of robotic grippers has shown significant development, the ability to manipulate objects within the hand is still limited. One explanation for this limitation is the lack of controlled contact variation between the grasped object and the gripper. For instance, human hands have the ability to firmly grip object surfaces, as well as slide over object faces, an aspect that aids the enhanced manipulation of objects within the hand without losing contact. In this letter, we present a parametric, origami-inspired thin surface capable of transitioning between a high friction and a low friction state, suitable for implementation as an epidermis in robotic fingers. A numerical analysis of the proposed surface based on its design parameters, force analysis, and performance in in-hand manipulation tasks is presented. Through the development of a simple two-fingered two-degree-of-freedom gripper utilizing the proposed variable-friction surfaces with different parameters, we experimentally demonstrate the improved manipulation capabilities of the hand when compared to the same gripper without changeable friction. Results show that the pattern density and valley gap are the main parameters that effect the in-hand manipulation performance. The origami-inspired thin surface with a higher pattern density generated a smaller valley gap and smaller height change, producing a more stable improvement of the manipulation capabilities of the hand.

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