Vibration-based Full State In-Hand Manipulation of Thin Objects

要約

ロボットハンドは高度な操作機能を提供しますが、その複雑さとコストにより、現実世界への応用が制限されることがよくあります。
対照的に、単純な平行グリッパーは手頃な価格ではありますが、ピックアンドプレースなどの基本的な作業に限定されています。
最近、平行グリッパーを強化し、薄い物体を手で操作できるようにするために、振動ベースの機構が提案されました。
スティックスリップ現象を利用することで、シンプルなコントローラで掴んだ物体を任意の位置に駆動することができました。
ただし、機構の作動が不十分なため、物体の方向を直接制御することはできませんでした。
このレターでは、オブジェクトの状態全体を操作するという課題について取り上げます。
したがって、物体の重心が把握点の周りを一定の半径で回転する周期的現象の励起を示します。
この周期運動を利用して、物体を所望の状態に操作するアルゴリズムを提案します。
周期現象の完全な分析に加えて、より正確な操作を提供するために振動アクチュエータの動作にデューティ サイクル変調を使用することを提案します。
有限要素解析、実験、およびタスクのデモンストレーションにより、提案されたアルゴリズムが検証されます。

要約(オリジナル)

Robotic hands offer advanced manipulation capabilities, while their complexity and cost often limit their real-world applications. In contrast, simple parallel grippers, though affordable, are restricted to basic tasks like pick-and-place. Recently, a vibration-based mechanism was proposed to augment parallel grippers and enable in-hand manipulation capabilities for thin objects. By utilizing the stick-slip phenomenon, a simple controller was able to drive a grasped object to a desired position. However, due to the underactuated nature of the mechanism, direct control of the object’s orientation was not possible. In this letter, we address the challenge of manipulating the entire state of the object. Hence, we present the excitation of a cyclic phenomenon where the object’s center-of-mass rotates in a constant radius about the grasping point. With this cyclic motion, we propose an algorithm for manipulating the object to desired states. In addition to a full analytical analysis of the cyclic phenomenon, we propose the use of duty cycle modulation in operating the vibration actuator to provide more accurate manipulation. Finite element analysis, experiments and task demonstrations validate the proposed algorithm.

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