要約
ソフトロボットグリッパーは、オブジェクトを優しく取り扱うための大きな可能性を示しています。
ただし、正確で安全な把握を実行するための最大限の可能性は、統合されたセンサーの不足により制限されており、滑りや過度の武力行使などの問題につながります。
この課題に対処するために、正確で非常に敏感なファイバーグレーティングベースの力センサーを正確な接触力測定用に設計しました。
柔軟な力センサーは、小さなバンプとウブラ構造、デュアルFBGアレイ、保護チューブを備えた3DプリントTPUケーシングで構成されています。
一連のテストが実施され、力のキャリブレーション、再現性テスト、ヒステリシス研究、力測定比較、温度校正および補償テストなど、提案された力センサーの有効性を評価します。
結果は、4.69 nの力測定範囲、約1169.04 pm/nの高感度、0.12 Nの根平均平方根誤差（RMSE）、最大ヒステリシス4.83％で良好な再現性を実証しました。
市販のロードセルと比較した場合、センサーは2.56％のパーセント誤差と0.14 NのRMSEを示しました。さらに、提案されたセンサーは温度補償効果を検証し、摂氏11℃の温度変化にわたって0.01 Nの力RMSEを検証しました。
。
センサーは、異なるオブジェクトとロボットグリッパー間の相互作用力を監視するために、ソフト成長とツワイングリッパーと統合されていました。
テストで実証されているように、自動化されたピックアンドプレイスタスクの間に閉ループ力制御が適用され、握り安定性が大幅に改善されました。
このフォースセンサーは、製造、農業、ヘルスケア（補綴手のような）、ロジスティクス、パッケージング全体で使用して、状況認識とより高い運用効率を提供することができます。
要約(オリジナル)
Soft robotic grippers demonstrate great potential for gently and safely handling objects; however, their full potential for executing precise and secure grasping has been limited by the lack of integrated sensors, leading to problems such as slippage and excessive force exertion. To address this challenge, we present a small and highly sensitive Fiber Bragg Grating-based force sensor designed for accurate contact force measurement. The flexible force sensor comprises a 3D-printed TPU casing with a small bump and uvula structure, a dual FBG array, and a protective tube. A series of tests have been conducted to evaluate the effectiveness of the proposed force sensor, including force calibration, repeatability test, hysteresis study, force measurement comparison, and temperature calibration and compensation tests. The results demonstrated good repeatability, with a force measurement range of 4.69 N, a high sensitivity of approximately 1169.04 pm/N, a root mean square error (RMSE) of 0.12 N, and a maximum hysteresis of 4.83%. When compared to a commercial load cell, the sensor showed a percentage error of 2.56% and an RMSE of 0.14 N. Besides, the proposed sensor validated its temperature compensation effectiveness, with a force RMSE of 0.01 N over a temperature change of 11 Celsius degree. The sensor was integrated with a soft grow-and-twine gripper to monitor interaction forces between different objects and the robotic gripper. Closed-loop force control was applied during automated pick-and-place tasks and significantly improved gripping stability, as demonstrated in tests. This force sensor can be used across manufacturing, agriculture, healthcare (like prosthetic hands), logistics, and packaging, to provide situation awareness and higher operational efficiency.
arxiv情報
| 著者 | Wenjie Lai,Huu Duoc Nguyen,Jiajun Liu,Xingyu Chen,Soo Jay Phee |
| 発行日 | 2025-02-06 09:45:21+00:00 |
| arxivサイト | arxiv_id(pdf) |
提供元, 利用サービス
arxiv.jp, Google