Development of a Novel Impedance-Controlled Quasi-Direct-Drive Robot Hand

要約

ほとんどのロボットハンドとグリッパーは、大型ギアボックスと力センサーを備えたアクチュエーターを利用して、把持力を制御します。
ただし、これは、ロボットが構造化されていない環境や未知の環境と対話する必要があるタスクには理想的ではない可能性があります。
我々は、関節空間とデカルト空間における可変インピーダンス制御を備えた新しい疑似直接駆動二指ロボットハンドを提案します。
ハンドには合計 4 つの自由度、バックドライブ可能なギア トレイン、および 4 つのブラシレス直流 (BLDC) モーターが備わっています。
電流検出を備えたフィールド指向制御 (FOC) を使用して、モーターのトルクを制御します。
可変インピーダンス制御により、人間とロボットの相互作用中に安全を保ちながら、手が器用な操作タスクを実行できるようになります。
準直接駆動アクチュエーターにより、複雑な触覚センサーや力センサーを必要とせずに、指が環境との接触に対処できるようになります。
大部分が 3D プリントされたアセンブリにより、手頃な価格の既製コンポーネントで構築された低コストの研究プラットフォームになります。
この手は、力で閉じる力と形を作る力で握ること、外乱に応じて安定して握ること、環境との接触を利用する作業、簡単な手の操作、壊れやすい物体を扱うための軽いタッチを示します。

要約(オリジナル)

Most robotic hands and grippers rely on actuators with large gearboxes and force sensors for controlling gripping force. However, this might not be ideal for tasks which require the robot to interact with an unstructured and/or unknown environment. We propose a novel quasi-direct-drive two-fingered robotic hand with variable impedance control in the joint space and Cartesian space. The hand has a total of four degrees of freedom, a backdrivable gear train, and four brushless direct current (BLDC) motors. Field-Oriented Control (FOC) with current sensing is used to control motor torques. Variable impedance control allows the hand to perform dexterous manipulation tasks while being safe during human-robot interaction. The quasi-direct-drive actuators enable the fingers to handle contact with the environment without the need for complicated tactile or force sensors. A majority 3D printed assembly makes this a low-cost research platform built with affordable off-the-shelf components. The hand demonstrates grasping with force-closure and form-closure, stable grasps in response to disturbances, tasks exploiting contact with the environment, simple in-hand manipulation, and a light touch for handling fragile objects.

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