An Optimal Control Formulation of Tool Affordance Applied to Impact Tasks

要約

人間は、釘を打ったり、テニスをしたりするなど、衝撃を伴う作業を行うためにツールを使用します。
これらのツールを使用する際の姿勢は、これらの作業のパフォーマンスに大きく影響する可能性があり、ツールを持つ手の力や速度が重要な役割を果たします。
根本的な動作計画の課題は、最適な身体姿勢でこのツールを使用する準備としてツールをつかむことで構成されます。
方向の操作性は、特定の方向に沿った関節構成における力と速度の器用さを表します。
方向の操作性とツールのアフォーダンスを考慮するために、反復線形二次レギュレータ(iLQR)と乗算器の交互方向法(ADMM)を組み合わせた最適制御法を適用します。
私たちのアプローチでは、方向速度の操作性に基づいたコストを導入することで、動作計画の問題を解決するためのツール アフォーダンスの概念が考慮されています。
提案されたアプローチは、シミュレーションおよび実際の 7 軸ロボットでのインパクト タスク、特にパイロット ホールを利用した釘打ちタスクに適用されます。
私たちの比較研究は、衝撃を意識したタスクにおいて方向の操作性を最大化することの重要性を示しています。

要約(オリジナル)

Humans use tools to complete impact-aware tasks such as hammering a nail or playing tennis. The postures adopted to use these tools can significantly influence the performance of these tasks, where the force or velocity of the hand holding a tool plays a crucial role. The underlying motion planning challenge consists of grabbing the tool in preparation for the use of this tool with an optimal body posture. Directional manipulability describes the dexterity of force and velocity in a joint configuration along a specific direction. In order to take directional manipulability and tool affordances into account, we apply an optimal control method combining iterative linear quadratic regulator(iLQR) with the alternating direction method of multipliers(ADMM). Our approach considers the notion of tool affordances to solve motion planning problems, by introducing a cost based on directional velocity manipulability. The proposed approach is applied to impact tasks in simulation and on a real 7-axis robot, specifically in a nail-hammering task with the assistance of a pilot hole. Our comparison study demonstrates the importance of maximizing directional manipulability in impact-aware tasks.

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