GelSight FlexiRay: Breaking Planar Limits by Harnessing Large Deformations for Flexible,Full-Coverage Multimodal Sensing

要約

触覚センシングを準拠ソフトロボットグリッパーに統合することで、高度なロボットによる把握とより安全な人間とロボットの相互作用に向けた説得力のある道が提供されます。
視覚触覚センサーは、手頃な価格のカメラで高解像度、大面積の触覚認識を実現します。
しかし、従来の視覚触覚センサーは硬い形状に大きく依存しており、局所的な触覚フィードバックを実現するために指のコンプライアンスや感知領域が犠牲になっています。
柔らかい構造に固有の変形により光路が妨げられ、カメラの視野が制限される可能性があるため、ソフト グリッパーでシームレスな大面積の触覚センシングを実現することは依然として課題です。
これらに対処するために、Finray Effect グリッパーとの統合により、大幅な構造変形に対して安全かつ準拠した相互作用を実現するように設計されたマルチモーダル視覚触覚センサーである Gelsight FlexiRay を紹介します。
まず、FRE グリッパーの物理的な力と変形の特性に基づいて体系的にモデル化および最適化されたマルチミラー構成を採用します。
次に、接触力と位置、固有受容、温度、質感、滑りなど、人間のようなマルチモーダルな知覚を備えた Gelsight FlexiRay を強化しました。
実験では、さまざまな変形状態にわたる Gelsight FlexiRay の堅牢な触覚性能が実証され、力測定精度 0.14 N と固有受容位置決め精度 0.19 mm を達成しました。
最先端の準拠 VTS と比較して、FlexiRay は同じ荷重下で 5 倍大きな構造変形を示します。
拡張されたセンシング領域と、接触情報を識別し、把握および分類タスクを実行する能力は、ソフトロボットシステム内で多用途で大面積のマルチモーダル触覚センシングを統合する可能性を強調しています。
この研究により、準拠したロボット アプリケーションにおける柔軟で高解像度の触覚センシングの基盤が確立されます。

要約(オリジナル)

The integration of tactile sensing into compliant soft robotic grippers offers a compelling pathway toward advanced robotic grasping and safer human-robot interactions. Visual-tactile sensors realize high-resolution, large-area tactile perception with affordable cameras. However, conventional visual-tactile sensors rely heavily on rigid forms, sacrificing finger compliance and sensing regions to achieve localized tactile feedback. Enabling seamless, large-area tactile sensing in soft grippers remains challenging, as deformations inherent to soft structures can obstruct the optical path and restrict the camera’s field of view. To address these, we present Gelsight FlexiRay, a multimodal visual-tactile sensor designed for safe and compliant interactions with substantial structural deformation through integration with Finray Effect grippers. First, we adopt a multi-mirror configuration, which is systematically modeled and optimized based on the physical force-deformation characteristics of FRE grippers. Second, we enhanced Gelsight FlexiRay with human-like multimodal perception, including contact force and location, proprioception, temperature, texture, and slippage. Experiments demonstrate Gelsight FlexiRay’s robust tactile performance across diverse deformation states, achieving a force measurement accuracy of 0.14 N and proprioceptive positioning accuracy of 0.19 mm. Compared with state of art compliant VTS, the FlexiRay demonstrates 5 times larger structural deformation under the same loads. Its expanded sensing area and ability to distinguish contact information and execute grasping and classification tasks highlights its potential for versatile, large-area multimodal tactile sensing integration within soft robotic systems. This work establishes a foundation for flexible, high-resolution tactile sensing in compliant robotic applications.

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