Design, Modeling, and Redundancy Resolution of Soft Robot for Effective Harvesting

要約

ブラックベリーの収穫は、労働集約的で費用のかかるプロセスであり、年間総収穫時間の最大 50\% を消費します。
このホワイト ペーパーでは、腱駆動のソフト ロボット グリッパーを備えた、空気圧で作動し、運動学的に冗長なソフト アームの設計、製造、統合、および制御を通じて、ロボットによる収穫のソリューションを紹介します。
ハードウェア設計は、実用的な耐久性とモジュール性のために最適化されています。
収穫プロセスは、初期配置、微調整、つかみ、ホームポジションへの移動の4つの段階に分かれています。
初期配置では、ジョイント制限回避による位置と方向の同時制御のための、リアルタイムの連続ゲイン スケジュール冗長解決アルゴリズムを提案します。
このアルゴリズムは、目と手のカメラからの視覚的なフィードバックのみに依存し、ベンチトップでそれぞれ $0.64\pm{0.27}$ mm と $1.08\pm{1.5}^{\circ}$ の位置と方向の追跡エラーを達成しました
設定。
ロボット アームの正確な初期配置に続いて、Eye-in-hand と Eye-to-Hand の視覚的フィードバックを組み合わせて使用​​し、$0.75\pm{0.36}$ mm の精度に達する精密なポジショニングが達成されます。
システムのハードウェア、フィードバック フレームワーク、および制御方法は、ベンチトップおよびフィールド テストを通じて徹底的に検証され、実用的なアプリケーションの実現可能性が確認されています。

要約(オリジナル)

Blackberry harvesting is a labor-intensive and costly process, consuming up to 50\% of the total annual crop hours. This paper presents a solution for robotic harvesting through the design, manufacturing, integration, and control of a pneumatically actuated, kinematically redundant soft arm with a tendon-driven soft robotic gripper. The hardware design is optimized for durability and modularity for practical use. The harvesting process is divided into four stages: initial placement, fine positioning, grasp, and move back to home position. For initial placement, we propose a real-time, continuous gain-scheduled redundancy resolution algorithm for simultaneous position and orientation control with joint-limit avoidance. The algorithm relies solely on visual feedback from an eye-to-hand camera and achieved a position and orientation tracking error of $0.64\pm{0.27}$ mm and $1.08\pm{1.5}^{\circ}$, respectively, in benchtop settings. Following accurate initial placement of the robotic arm, fine positioning is achieved using a combination of eye-in-hand and eye-to-hand visual feedback, reaching an accuracy of $0.75\pm{0.36}$ mm. The system’s hardware, feedback framework, and control methods are thoroughly validated through benchtop and field tests, confirming feasibility for practical applications.

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