Optimal Robotic Velcro Peeling with Force Feedback

要約

ロボットマニピュレーターを使用して、表面からベルクロストラップを剥がす問題を研究します。
表面のジオメトリは任意で不明です。
ロボットは、フォースフィードバックとそのエンドエフェクターの位置のみにアクセスできます。
この問題は、環境の部分的な観察性とセンサーフィードバックの不完全性のために困難です。
それを解決するために、まず、準静的ダイナミクスの仮定に基づいて、単純な分析状態およびアクションモデルでシステムをモデル化します。
次に、ベルクロとロボットの両方の状態が与えられた完全に吸収可能なケースを研究します。
この場合、総エネルギーコストを最小限に抑える最適なソリューションを閉じた形式で取得します。
次に、部分的に観察可能な場合に、力と位置のフィードバックのみを使用して基礎となる状態を推定する状態推定器を設計します。
次に、ベルクロを効率的に剥がすために、探索的および搾取的な行動のバランスをとるヒューリスティックベースのコントローラーを提示します。
最後に、複雑な幾何学的不確実性とセンサーノイズを備えた環境で提案された方法を評価し、環境が完全に観察可能である場合に最適なソリューションと比較して、エネルギーコストが80％未満で100％の成功率を達成し、ベースラインを大きなマージンでアウトパフォームします。

要約(オリジナル)

We study the problem of peeling a Velcro strap from a surface using a robotic manipulator. The surface geometry is arbitrary and unknown. The robot has access to only the force feedback and its end-effector position. This problem is challenging due to the partial observability of the environment and the incompleteness of the sensor feedback. To solve it, we first model the system with simple analytic state and action models based on quasi-static dynamics assumptions. We then study the fully-observable case where the state of both the Velcro and the robot are given. For this case, we obtain the optimal solution in closed-form which minimizes the total energy cost. Next, for the partially-observable case, we design a state estimator which estimates the underlying state using only force and position feedback. Then, we present a heuristics-based controller that balances exploratory and exploitative behaviors in order to peel the velcro efficiently. Finally, we evaluate our proposed method in environments with complex geometric uncertainties and sensor noises, achieving 100% success rate with less than 80% increase in energy cost compared to the optimal solution when the environment is fully-observable, outperforming the baselines by a large margin.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google