Dexterous Cable Manipulation: Taxonomy, Multi-Fingered Hand Design, and Long-Horizon Manipulation

要約

ケーブル操作に対処した既存の研究は、2本指のグリッパーに依存していたため、人間が実行する同様のケーブル操作タスクを実行することが困難になりました。
ただし、剛性オブジェクトの器用な操作とは異なり、ロボット工学における器用なケーブル操作スキルの開発は、ケーブルの変形性と固有の不確実性によってもたらされるユニークな課題のために、露出していないままです。
さらに、器用な手を使用すると、ケーブルの握り、引っ張り、および手元の曲げなどのタスクに特定の困難が導入されます。
さらに、ほとんどの既存の器用な手は、人間と同一の構造で設計されていることが観察されました。通常、1つの親指のみを特徴としていることがわかります。
最後に、既存の非タスク固有の方法では、これらのケーブル操作タスクを解決するのに十分な一般化能力がなく、設計されたハードウェアのために不適切です。
次の手順では、現実世界の器用なケーブル操作に3つの貢献があります。（1）最初に、一連の器用なケーブル操作タスクを包括的な分類法に定義および整理し、最も短いホリゾンのアクションプリミティブと長距離タスクをカバーしています。
– ハンド付きケーブル操作。
この分類法は、親指と人差し指の間の調整がケーブル操作に重要であり、これにより、長距離のタスクがより単純なプリミティブに分解されることが重要であることが明らかになりました。
（2）25の自由度（DOF）の新しい5本指の手を設計しました。これは、2つの対称サムインデックス構成と各指先に回転可能なジョイントを特徴としており、器用なケーブル操作を可能にします。
（3）私たちは、この非人道的手の手のデモコレクションパイプラインを開発しました。

要約(オリジナル)

Existing research that addressed cable manipulation relied on two-fingered grippers, which make it difficult to perform similar cable manipulation tasks that humans perform. However, unlike dexterous manipulation of rigid objects, the development of dexterous cable manipulation skills in robotics remains underexplored due to the unique challenges posed by a cable’s deformability and inherent uncertainty. In addition, using a dexterous hand introduces specific difficulties in tasks, such as cable grasping, pulling, and in-hand bending, for which no dedicated task definitions, benchmarks, or evaluation metrics exist. Furthermore, we observed that most existing dexterous hands are designed with structures identical to humans’, typically featuring only one thumb, which often limits their effectiveness during dexterous cable manipulation. Lastly, existing non-task-specific methods did not have enough generalization ability to solve these cable manipulation tasks or are unsuitable due to the designed hardware. We have three contributions in real-world dexterous cable manipulation in the following steps: (1) We first defined and organized a set of dexterous cable manipulation tasks into a comprehensive taxonomy, covering most short-horizon action primitives and long-horizon tasks for one-handed cable manipulation. This taxonomy revealed that coordination between the thumb and the index finger is critical for cable manipulation, which decomposes long-horizon tasks into simpler primitives. (2) We designed a novel five-fingered hand with 25 degrees of freedom (DoF), featuring two symmetric thumb-index configurations and a rotatable joint on each fingertip, which enables dexterous cable manipulation. (3) We developed a demonstration collection pipeline for this non-anthropomorphic hand, which is difficult to operate by previous motion capture methods.

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