Wearable Roller Rings to Enable Robot Dexterous In-Hand Manipulation through Active Surfaces

要約

手の操作は、把握したオブジェクトの向きや位置を変更するための重要な能力です。
主な課題は、計算モデルの複雑さだけでなく、転がったり、滑ったり、壊れたり、接触をやり直したりするなど、指のアクティブな動きによって引き起こされる把握の不安定性のリスクでもあります。
この論文では、指を離さずに操作するというアイデアに基づいて、ロボットと人間の手の両方に装着可能なアクティブ表面を備えたモジュール式ロボットアタッチメントであるローラーリング (RR) の開発について説明します。
空間運動が同一直線上にならないように、RR を把握システムに取り付けて角度を付けることにより、アクティブな表面によって作動する物体の一般的な差動運動モデルを導き出します。
私たちのモーション モデルは、非ホロノミック オブジェクトのモーションを通じてわずか 2 つの RR だけで完全な手の操作スキル セットを提供できる一方、より多くの RR を使用すると、より少ないモーションの制約で操作の器用さを強化できることを示しています。
広範な実験を通じて、ロボットハンドと人間のハンドの両方にRRを装着して操作能力を評価し、RRを使用して任意の物体形状を操作して器用な手の操作を実現できることを示しました。

要約(オリジナル)

In-hand manipulation is a crucial ability for reorienting and repositioning objects within grasps. The main challenges are not only the complexity in the computational models, but also the risks of grasp instability caused by active finger motions, such as rolling, sliding, breaking, and remaking contacts. Based on the idea of manipulation without lifting a finger, this paper presents the development of Roller Rings (RR), a modular robotic attachment with active surfaces that is wearable by both robot and human hands. By installing and angling the RRs on grasping systems, such that their spatial motions are not co-linear, we derive a general differential motion model for the object actuated by the active surfaces. Our motion model shows that complete in-hand manipulation skill sets can be provided by as few as only 2 RRs through non-holonomic object motions, while more RRs can enable enhanced manipulation dexterity with fewer motion constraints. Through extensive experiments, we wear RRs on both a robot hand and a human hand to evaluate their manipulation capabilities, and show that the RRs can be employed to manipulate arbitrary object shapes to provide dexterous in-hand manipulation.

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