Robotics and Biology Laboratory

Soft Hands For Compliant Grasping

Promotionsausschuss

Prof. Dr. Oliver Brock
Prof. Kaspar Althoefer, Ph.D.
Prof. Dr.-Ing. Sami Haddadin

Raphael Deimel

Titel: Soft Hands For Compliant Grasping

Zusammenfassung:

Die Arbeit befasst sich mit dem Problem des Greifens für autonome Roboter, wobei der Schwerpunkt auf dem Design und der Konstruktion von Roboterhänden und Greifern liegt. Der von uns verfolgte Ansatz besteht darin, die grundlegende Motivation und die Ziele für das Greifen, die das Handdesign steuern, grundlegend zu überdenken. Wir betrachten das Greifen als das Ergebnis zuverlässiger und robuster Interaktionsmuster zwischen Hand, Objekt und Umgebung, die für den Roboter mechanisch undurchsichtig sind. Dies motiviert uns zur Erforschung eines neuen Typs von Roboterhänden, den pneumatischen weichen Händen. Diese Hände ermöglichen es dem Roboter, sicher mit Objekten zu kollidieren, den Kontakt bei Störungen aufrechtzuerhalten und bieten viele Kontaktstellen für einen robusten Griff. Gleichzeitig sollen sie die Anforderungen an die Steuerung und die Wahrnehmung im Vergleich zu voll betätigten Händen senken. Aufgrund des grundlegenden Perspektivwechsels im Vergleich zur klassischen, mechanikzentrierten Sichtweise des Greifens glaube ich, dass wir letztlich alle Aspekte eines Robotersystems überdenken müssen, um weiche Hände effektiv zu nutzen. Wir nennen diese alternative Sichtweise das Soft Manipulation Paradigm. In dieser Arbeit schlagen wir eine Liste von Definitionsprinzipien für Soft Manipulation vor und konzentrieren uns auf die Auswirkungen auf die Handhardware, aber wir betrachten auch die angrenzenden Bereiche der Handsteuerung und Greifstrategien. Die Forschung im Bereich Soft Hands wird durch die Tatsache erschwert, dass die Technologie und das Wissen für die Entwicklung von Soft Hands erst im Entstehen begriffen sind. Die Dissertation leistet einen Beitrag zur Erforschung weicher Hände, indem sie ein kohärentes und umfassendes Set von Werkzeugen entwickelt, um schnell Prototypen von pneumatischen weichen Händen zu erstellen. Dieses Toolkit basiert auf einem vielseitigen und einfach zu prototypisierenden Aktuatordesign namens PneuFlex. In dieser Arbeit werden alle Aspekte des Prototyping behandelt, wie z. B. die Entwicklung mechanischer Eigenschaften, die Herstellung von Aktuatoren, ihr Zusammenbau zu Händen und ihre Steuerung, ohne in ihre Compliance einzugreifen. Wir schlagen auch ein schnelles und stabiles dynamisches Simulationsmodell für die Simulation von pneumatischen weichen Händen vor und validieren es, wodurch zum ersten Mal ein interaktives und automatisiertes Design von weichen Händen möglich wird. In dieser Arbeit werden auch die Eigenschaften und Fähigkeiten pneumatischer weicher Hände in einer Reihe von Greifexperimenten mit Hilfe von zwei Artefakten, der RBO Hand 1 und der RBO Hand 2, untersucht. Wir untersuchen ihre Formanpassungsfähigkeit, ihre Greifgeschicklichkeit und ihre Eignung für die Implementierung von Greifstrategien, die Umgebungseinschränkungen der Bewegung für eine robuste Ausführung ausnutzen. Wir werden sehen, dass weiche Hände, die mit der im ersten Teil der Arbeit entwickelten Technologie gebaut wurden, eine solide Grundlage für die weitere Forschung im Bereich Soft Manipulation bieten.

Juni 2017