Development of a Novel Impedance-Controlled Quasi-Direct-Drive Robotic 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。
本稿では、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紹介します。
ハンドには合計 4 つの自由度、バックドライブ可能なディファレンシャル 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。
モーターのトルクは、電流検出によるフィールド指向制御 (FOC) によって制御されます。
可変インピーダンス制御により、ロボットハンドは、環境とロボット、および人間とロボットの相互作用中に、器用な操作タスクを安全に実行できます。
準ダイレクトドライブ アクチュエータにより、環境接触に対処する際の複雑な触覚/力センサーや正確な動作計画が不要になります。
大部分が 3D プリントされたアセンブリにより、これは、手頃な価格ですぐに入手できる既製の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。
実験による検証では、ロボットハンドが外乱の存在下でも安定したフォースクロージャとフォームクロージャの把握、信頼性の高いハンド操作、および環境との接触にもかかわらず安全な動的操作を行う能力を実証しています。

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 that require the robot to interact with an unstructured and unknown environment. In this paper, we introduce 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, backdrivable differential gear trains, and four brushless direct current (BLDC) motors. Motor torque is controlled through Field-Oriented Control (FOC) with current sensing. Variable impedance control enables the robotic hand to execute dexterous manipulation tasks safely during environment-robot and human-robot interactions. The quasi-direct-drive actuators eliminate the need for complex tactile/force sensors or precise motion planning when handling environmental contact. A majority-3D-printed assembly makes this a low-cost research platform built with affordable, readily available off-the-shelf components. Experimental validation demonstrates the robotic hand’s capability for stable force-closure and form-closure grasps in the presence of disturbances, reliable in-hand manipulation, and safe dynamic manipulations despite contact with the environment.

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