Anthropomorpher Robotergreifer mit biomimetischer verteilter Nachgiebigkeit ermöglicht robuste Manipulation

Основні поняття

Durch Nachahmung der verteilten Nachgiebigkeit in einer anthropomorphen Roboterhand erhöht sich die Robustheit der offenen Schleife Manipulation und es entstehen menschenähnliche Verhaltensweisen.

Анотація

Die Studie präsentiert eine anthropomorphe Roboterhand, die ADAPT-Hand, die mit einer biomimetischen Verteilung der Nachgiebigkeit über Haut, Finger und Handgelenk ausgestattet ist.

Auf Hautebene zeigt die weiche Haut im Vergleich zu einer starren Haut höhere Scherkräfte und stabilere Kontakte, was die Leistung in Aufgaben wie Knopfdrehen und Fingergehen verbessert.
Auf Fingerebene ermöglicht das nachgiebige MCP-Gelenk eine zentimetergroße Positionsanpassung des Fingers, was zu robusten Bewegungen führt. Der Vergleich mit einem starren Finger zeigt, dass der nachgiebige Finger menschenähnlichere Bewegungen und höhere Robustheit gegenüber Umgebungsveränderungen aufweist.
Auf Handebene wird die Robustheit des ADAPT-Greifers bei Pick-and-Place-Aufgaben gemessen und liegt nahe an einer theoretischen geometrischen Obergrenze. Über 800 Griffe ohne Schäden zeigen die Wiederholbarkeit des Systems.
Durch Einbeziehung des nachgiebigen Handgelenks entstehen selbstorganisierende Greiftypen, die zu 68% mit menschlichen Griffen übereinstimmen.
Insgesamt zeigt die Studie, wie eine biomimetische Verteilung der Nachgiebigkeit in einer anthropomorphen Roboterhand zu robusten und menschenähnlichen Manipulationsfähigkeiten führt.

Статистика

Die Roboterhand erreicht eine Robustheit gegenüber Objektverschiebungen, die das theoretische geometrische Limit übertrifft.
Die Roboterhand führte 845 Griffe ohne Schäden durch, mit einer Erfolgsquote von 97%.
Die Roboterhand erreichte eine Erfolgsquote von 93% beim Greifen von 24 Objekten mit stark variierender Geometrie.

Цитати

"Durch Nachahmung dieser verteilten Nachgiebigkeit in einer anthropomorphen Roboterhand erhöht sich die Robustheit der offenen Schleife Manipulation und es entstehen menschenähnliche Verhaltensweisen."
"Die extreme Robustheit bei einfachster Ansteuerung mündet in selbstorganisierenden Griffen."

Ключові висновки, отримані з

Robust Anthropomorphic Robotic Manipulation through Biomimetic Distributed Compliance

by Kai Junge,Jo... о arxiv.org 04-09-2024

https://arxiv.org/pdf/2404.05262.pdf

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Wie könnte die Biomimetik der Roboterhand noch weiter erhöht werden, um die Leistungsfähigkeit zu steigern?

Um die Biomimetik der Roboterhand weiter zu verbessern und die Leistungsfähigkeit zu steigern, könnten mehrere Ansätze verfolgt werden. Zunächst könnte die Integration von sensorischem Feedback in die Hand die Interaktion mit der Umgebung verbessern. Durch die Implementierung von taktilen Sensoren könnte die Hand Informationen über die Beschaffenheit und Form der Objekte erhalten, was zu einer präziseren und adaptiveren Greifbewegung führen würde. Darüber hinaus könnte die Integration von Aktuatoren mit variabler Steifigkeit die Hand in die Lage versetzen, ihre Compliance je nach Aufgabe anzupassen. Dies würde es der Hand ermöglichen, sowohl robuste als auch feinfühlige Manipulationen durchzuführen, ähnlich wie es bei einer menschlichen Hand der Fall ist. Eine weitere Möglichkeit zur Steigerung der Leistungsfähigkeit wäre die Optimierung der Handkinematik, um eine größere Vielfalt an Greifbewegungen zu ermöglichen. Durch die Anpassung der Finger- und Daumenpositionen sowie der Bewegungsbahnen könnten komplexere Greifmuster realisiert werden, was die Vielseitigkeit und Effizienz der Hand erhöhen würde.

Wie könnte das Konzept der verteilten Nachgiebigkeit auf andere Bereiche der Robotik, wie z.B. die Fortbewegung, übertragen werden?

Das Konzept der verteilten Nachgiebigkeit, das in der Roboterhand angewendet wird, könnte auch auf andere Bereiche der Robotik übertragen werden, insbesondere auf die Fortbewegung von Robotern. In der Fortbewegung spielen Compliance und Anpassungsfähigkeit eine entscheidende Rolle, um sich in komplexen Umgebungen zu bewegen und Hindernisse zu überwinden. Durch die Integration von verteilten Compliance-Elementen in die Beine oder Räder von Robotern könnten sie sich besser an unebenes Gelände anpassen, Stöße absorbieren und eine stabilere Fortbewegung ermöglichen. Dies würde es Robotern ermöglichen, sich effizienter und sicherer in verschiedenen Umgebungen zu bewegen. Darüber hinaus könnte die verteilte Nachgiebigkeit auch in der Roboternavigation eingesetzt werden, um Hindernisse zu erkennen und zu umgehen, ähnlich wie es bei der taktilen Wahrnehmung in der Roboterhand der Fall ist. Durch die Anwendung dieses Konzepts auf verschiedene Bereiche der Robotik könnte die Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit von Robotersystemen erheblich verbessert werden.