8-DoFs Cable Driven Parallel Robots for Bimanual Teleportation

要約

遠隔術は、特に冗長な自由度（DOFS）を持つモバイルマニピュレーターを含む複雑なタスクで、直感的なロボット制御と模倣学習に重要な役割を果たします。
ただし、ほとんどの既存のマスターコントローラーは、6-DOF空間制御と基本的なグリッパー制御に制限されているため、高DOFロボットを制御し、オペレーターを小さなワークスペースに制限するには不十分です。
この作業では、これらの制限を克服するために設計されたケーブル駆動型パラレルロボット（CDPRS）に基づいた、新しい、低コストの高ドフマスターコントローラーを紹介します。
このシステムは、スケーラブルな3 + 3 + n DOF構造に従って、翻訳と方向制御を切り離します。CDPRを使用した大量変換用の3 DOF、ジンバルメカニズムを使用した方向の3 DOF、グリッパーおよび冗長関節制御のための追加DOF。
その軽量ケーブル駆動型の設計により、アクチュエータの負荷を最小限に抑えながら、大規模で適応性のあるワークスペースを可能にします。
エンドエフェクターは、ほとんどのシリアルロボットアームとは異なり、連続的な高トルク入力を必要とせずに安定したままです。
費用対効果の高いアクチュエーターと単純な機械構造を使用して、最初のデュアルアームCDPRベースのマスターコントローラーを開発しました。
デモンストレーションでは、このシステムは、ピックアンドプレイス、結び目、オブジェクトの並べ替え、テープアプリケーションなどのタスクを実行し、2ドフのパンチルトカメラを備えた8ドーフロボットアームを正常に制御しました。
結果は、正確で汎用性が高く、実用的な高度なテレオ操作を示しています。

要約(オリジナル)

Teleoperation plays a critical role in intuitive robot control and imitation learning, particularly for complex tasks involving mobile manipulators with redundant degrees of freedom (DoFs). However, most existing master controllers are limited to 6-DoF spatial control and basic gripper control, making them insufficient for controlling high-DoF robots and restricting the operator to a small workspace. In this work, we present a novel, low-cost, high-DoF master controller based on Cable-Driven Parallel Robots (CDPRs), designed to overcome these limitations. The system decouples translation and orientation control, following a scalable 3 + 3 + n DoF structure: 3 DoFs for large-range translation using a CDPR, 3 DoFs for orientation using a gimbal mechanism, and n additional DoFs for gripper and redundant joint control. Its lightweight cable-driven design enables a large and adaptable workspace while minimizing actuator load. The end-effector remains stable without requiring continuous high-torque input, unlike most serial robot arms. We developed the first dual-arm CDPR-based master controller using cost-effective actuators and a simple mechanical structure. In demonstrations, the system successfully controlled an 8-DoF robotic arm with a 2-DoF pan-tilt camera, performing tasks such as pick-and-place, knot tying, object sorting, and tape application. The results show precise, versatile, and practical high-DoF teleoperation.

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