Grasp Failure Constraints for Fast and Reliable Pick-and-Place Using Multi-Suction-Cup Grippers

要約

マルチサクションカップグリッパーは、特に限られた時間内で軽い物体から重い物体まで幅広い物体を掴むことが一般的な要件である産業環境で、ピックアンドプレイスロボットタスクを実行するために頻繁に使用されます。
しかし、既存の作品のほとんどは、1 つまたは 2 つの吸盤を使用して不規則な形状の軽い物体のみを掴むことに焦点を当てています。
より大きな吸盤配列を使用した重量物体の確実な操作に関する研究は不足しており、そのため、掴みの失敗をモデリングおよび予測する際に課題が生じています。
この論文では、複数吸盤グリッパーの握力をモデル化するための一般的なアプローチを紹介し、高速で信頼性の高いピックアンドプレース操作を実現するための軌道計画と最適化に使用できる新しい制約を導入します。
モデリングの主な課題は、物体を掴む際の各吸盤における荷重の分布を正確に予測することです。
この荷重分布を解決するために、単純な二次プログラムを通じて最小のばねの位置エネルギー構成を見つけます。
これにより、時間的に最適な軌道計画において把握失敗の制約を定式化するために統合できる、計算効率の高い分析ソリューションが実現します。
最後に、提案されたモデルの効率と精度を検証するための実験結果を紹介します。

要約(オリジナル)

Multi-suction-cup grippers are frequently employed to perform pick-and-place robotic tasks, especially in industrial settings where grasping a wide range of light to heavy objects in limited amounts of time is a common requirement. However, most existing works focus on using one or two suction cups to grasp only irregularly shaped but light objects. There is a lack of research on robust manipulation of heavy objects using larger arrays of suction cups, which introduces challenges in modeling and predicting grasp failure. This paper presents a general approach to modeling grasp strength in multi-suction-cup grippers, introducing new constraints usable for trajectory planning and optimization to achieve fast and reliable pick-and-place maneuvers. The primary modeling challenge is the accurate prediction of the distribution of loads at each suction cup while grasping objects. To solve for this load distribution, we find minimum spring potential energy configurations through a simple quadratic program. This results in a computationally efficient analytical solution that can be integrated to formulate grasp failure constraints in time-optimal trajectory planning. Finally, we present experimental results to validate the efficiency and accuracy of the proposed model.

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