Feelit: Combining Compliant Shape Displays with Vision-Based Tactile Sensors for Real-Time Teletaction

要約

テレアクション、つまり触覚フィードバックまたは接触の伝達は、遠隔操作の分野において重要な側面です。
高品質のテレタクション フィードバックにより、ユーザーはオブジェクトを遠隔操作できるようになり、オペレーターとロボット間のマン マシン インターフェイスの品質が向上し、複雑な操作タスクが可能になります。
しかし、遠隔操作のためのテレタクションの分野は進歩していますが、最新のビジョンベースの触覚センサーによって提供される高解像度の 3D データはまだ十分に活用されていません。
テレタクション用の既存のソリューションには、忠実度やハードウェアの設置面積など、形式または機能の 1 つまたは複数の領域が不足しています。
この論文では、物理的な 3D 表面再構成とせん断変位の両方を通じて、視覚ベースの触覚センサーからのリアルタイムの高解像度触覚情報を利用できる、低コストのテレタクション デバイスの設計を紹介します。
私たちは、ピンベースの形状ディスプレイと準拠メカニズムを組み合わせてこのタスクを達成するデバイス、Feelit を紹介します。
ピンベースの形状ディスプレイは、小型ボーデン ケーブルを備えた 24 個のサーボモーターのアレイを利用し、デバイスに 15×10 mm のディスプレイ設置面積で 6×4 ピンの解像度を与えます。
各ピンは 200 ミリ秒で最大 3 mm まで作動でき、80 N の力と 1.5 μm の深さ分解能を提供します。
せん断変位と回転はコンプライアンス機構設計を使用して実現され、最小で横方向の 1 mm の変位と 10 度の回転が可能です。
このリアルタイム 3D 触覚再構成は、ビジョンベースの触覚センサーである GelSight [1] と、深度データとマーカー追跡をサンプリングしてアクチュエーター コマンドを生成するアルゴリズムを使用して実現されます。
形状認識や相対的な重さの特定を含む一連の実験を通じて、私たちのデバイスが遠隔操作空間におけるテレタクション機能を拡張する可能性があることを示しました。

要約(オリジナル)

Teletaction, the transmission of tactile feedback or touch, is a crucial aspect in the field of teleoperation. High-quality teletaction feedback allows users to remotely manipulate objects and increase the quality of the human-machine interface between the operator and the robot, making complex manipulation tasks possible. Advances in the field of teletaction for teleoperation however, have yet to make full use of the high-resolution 3D data provided by modern vision-based tactile sensors. Existing solutions for teletaction lack in one or more areas of form or function, such as fidelity or hardware footprint. In this paper, we showcase our design for a low-cost teletaction device that can utilize real-time high-resolution tactile information from vision-based tactile sensors, through both physical 3D surface reconstruction and shear displacement. We present our device, the Feelit, which uses a combination of a pin-based shape display and compliant mechanisms to accomplish this task. The pin-based shape display utilizes an array of 24 servomotors with miniature Bowden cables, giving the device a resolution of 6×4 pins in a 15×10 mm display footprint. Each pin can actuate up to 3 mm in 200 ms, while providing 80 N of force and 1.5 um of depth resolution. Shear displacement and rotation is achieved using a compliant mechanism design, allowing a minimum of 1 mm displacement laterally and 10 degrees of rotation. This real-time 3D tactile reconstruction is achieved with the use of a vision-based tactile sensor, the GelSight [1], along with an algorithm that samples the depth data and marker tracking to generate actuator commands. Through a series of experiments including shape recognition and relative weight identification, we show that our device has the potential to expand teletaction capabilities in the teleoperation space.

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