Optimierung der Kontaktselektion und der Bewegungsplanung für das zweihändige Fangen von Objekten mit hohem Impuls

Основні поняття

Durch eine optimierte Kontaktselektion und Bewegungsplanung können Roboter große, schnell bewegte Objekte sicher und stabil fangen, indem die Impulskräfte bei der Kontaktaufnahme minimiert werden.

Анотація

Dieser Artikel untersucht eine der anspruchsvollsten Aufgaben in der dynamischen Manipulation - das Fangen von Objekten mit hohem Impuls. Über den Bereich der quasistatischen Manipulation hinaus kann der Umgang mit hochdynamischen Objekten die Fähigkeit des Roboters, mit seiner Umgebung zu interagieren, erheblich verbessern. Allerdings führt die unvermeidbare Bewegungsabweichung zwischen dem sich schnell bewegenden Objekt und dem sich nähernden Roboter zu großen Impulskräften, die zu instabilen Kontakten und irreversiblen Schäden an Objekt und Roboter führen können.
Um diese Probleme zu lösen, schlagen wir einen Online-Optimierungsrahmen vor, der Folgendes umfasst:

Schätzung und Vorhersage der linearen und winkelförmigen Bewegung des Objekts
Suche und Auswahl der optimalen Kontaktstellen über die gesamte Oberfläche des Objekts, um den Aufprall durch sequenzielle quadratische Programmierung (SQP) abzumildern
Gleichzeitige Optimierung der Endeffektor-Bewegung, Steifigkeit und Kontaktkraft für beide Roboter unter Verwendung der Mehrmodusbahnoptimierung (MMTO)
Realisierung der aufprallbewussten Fangbewegung auf dem nachgiebigen Robotersystem basierend auf einer indirekten Kraftregelung.

Wir validieren die Impulssverteilung, Kontaktselektion und aufprallbewusste MMTO-Algorithmen in Simulationen und zeigen die Vorteile des vorgeschlagenen Rahmens in Realweltexperimenten, einschließlich des Fangens von Objekten mit hohem Impuls mit definierter Bewegung, eingeschränkter Bewegung und freier Flugbewegung.

Статистика

Die Objekte haben eine Masse von 4,2 kg und eine Geschwindigkeit von über 3,5 m/s.

Цитати

"Durch eine optimierte Kontaktselektion und Bewegungsplanung können Roboter große, schnell bewegte Objekte sicher und stabil fangen, indem die Impulskräfte bei der Kontaktaufnahme minimiert werden."
"Über den Bereich der quasistatischen Manipulation hinaus kann der Umgang mit hochdynamischen Objekten die Fähigkeit des Roboters, mit seiner Umgebung zu interagieren, erheblich verbessern."

Ключові висновки, отримані з

Impact-Aware Bimanual Catching of Large-Momentum Objects

by Lei ... о arxiv.org 03-27-2024

https://arxiv.org/pdf/2403.17249.pdf

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Wie könnte man die vorgeschlagenen Methoden auf andere Anwendungen wie das Werfen oder Schlagen von Objekten erweitern

Um die vorgeschlagenen Methoden auf andere Anwendungen wie das Werfen oder Schlagen von Objekten zu erweitern, könnten verschiedene Anpassungen vorgenommen werden. Zum Beispiel könnten die Kontaktselektionsprinzipien, die für das Fangen von Objekten entwickelt wurden, auf das Werfen oder Schlagen von Objekten angewendet werden. Dies würde die Optimierung der Kontaktorte und -richtungen ermöglichen, um die Impulse zu minimieren und gleichzeitig die gewünschte Bewegung des geworfenen oder geschlagenen Objekts zu gewährleisten. Darüber hinaus könnten die Bewegungsplanungsalgorithmen angepasst werden, um die spezifischen Anforderungen des Werfens oder Schlagens zu berücksichtigen, z. B. die Flugbahn oder die Kraft, die auf das Objekt ausgeübt wird.

Welche zusätzlichen Sensoren oder Informationen wären erforderlich, um die Genauigkeit der Schätzung und Vorhersage der Objektbewegung weiter zu verbessern

Um die Genauigkeit der Schätzung und Vorhersage der Objektbewegung weiter zu verbessern, könnten zusätzliche Sensoren oder Informationen integriert werden. Beispielsweise könnten hochauflösende Kameras oder 3D-Scansysteme verwendet werden, um präzisere Daten über die Position und Bewegung des Objekts zu erfassen. Darüber hinaus könnten Inertialsensoren oder Beschleunigungsmesser hinzugefügt werden, um genaue Informationen über die lineare und angulare Geschwindigkeit des Objekts zu erhalten. Die Integration von maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz könnte auch dazu beitragen, die Schätzungen und Vorhersagen zu verfeinern, indem Muster in den Bewegungsdaten des Objekts erkannt werden.

Wie könnte man die Robustheit des Systems gegenüber unerwarteten Störungen oder Änderungen der Objekteigenschaften erhöhen

Um die Robustheit des Systems gegenüber unerwarteten Störungen oder Änderungen der Objekteigenschaften zu erhöhen, könnten verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Eine Möglichkeit wäre die Implementierung von adaptiven Regelungsalgorithmen, die in der Lage sind, sich an veränderte Bedingungen anzupassen und das System stabil zu halten. Die Integration redundanter Sensoren oder Aktuatoren könnte auch dazu beitragen, Ausfälle oder Störungen zu kompensieren. Darüber hinaus könnten Sicherheitsmechanismen implementiert werden, um das System vor Schäden zu schützen, falls unerwartete Ereignisse auftreten. Die regelmäßige Kalibrierung und Wartung der Sensoren und Aktuatoren wäre ebenfalls entscheidend, um die Zuverlässigkeit des Systems sicherzustellen.