Force-controllable robot hands based on dense force distribution sensing with realtime photoelastic analysis

基于实时光弹分析的密集力分布传感的力可控机器人手

• 批准号: 21K03963
• 负责人: 前田 雄介
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03963/
• 关键词: 光弾性; 力センシング; 力制御; ロボットハンド

本研究では，ハンドの構成部材に透明な光弾性体を利用し，偏光光源と偏光カメラを利用した画像解析を通して，ピクセル単位の密な接触力分布をリアルタイムにセンシング可能なロボットハンドの実現を目指している．2022年度には，前年度に製作した光弾性体（ポリウレタン樹脂）を指リンクおよび掌部として利用する2自由度のロボットハンドを用いて，光弾性解析に基づくハンド制御が可能な環境を構築した．そして，光弾性解析に基づく物体把持力のフィードバック制御を実現した．また，前年度までに開発した光弾性画像解析手法における DOLP (Degree of Linear Polarization) の位相接続方法を改良することにより，応力解析の精度を向上させた．これを用いて，単峰性だけでなく多峰性の接触力分布にも一定程度対応可能な力分布センシングを実現した．そして，1/4円弧状の光弾性体指先（ポリウレタン樹脂）を持つロボット指を用いた実験によって，50Hzでの計測が可能であること，二点接触での力分布計測に適用できることを確認した．さらに，様々な力学的条件下でのマルチフィジックスシミュレーションにより，偏光カメラ画像・DOLP画像・AOP (Angle of Polarization) 画像などを生成・評価できるようにした．このシミュレーション環境を用いて，今後，力分布センシング手法やデバイスの開発に役立てることを目指している．

This study aims to explore the use of transparent and optically active materials for the components of the LED, the use of polarized light sources and polarized light sources, and the analysis of images. In 2022, the study will focus on the realization of the contact force distribution at each unit position. In the past year, the production of optical properties (such as resin) has been carried out in the presence of 2 degrees of freedom and the use of optical properties. In addition, the optical property analysis is based on the control of the object. In the past year, the development of optical image analysis method was improved by DOLP (Degree of Linear Polarization) phase connection method, and the accuracy of force analysis was improved. The contact force distribution of single peak and multi-peak characteristics can be realized to a certain extent. For example, 1/4 ° arc-shaped optical fiber finger (polymer resin) can be used to measure the force distribution at 50Hz. For example, two-point contact force distribution measurement can be used. Under the condition of mechanics, the image of polarization, DOLP image, AOP (Angle of Polarization) image is generated, evaluated and analyzed. In the future, the force distribution system will be used in the development of the system.

项目成果

光弾性体リンクを用いた力センシング可能ロボットハンドの開発

使用光弹性连杆开发力传感机器人手

• 发表时间: 2022
• 作者: 田原 芳基;近藤 寛隆;小濱 幹也;前田 雄介
• 通讯作者: 前田 雄介

インド工科大学カンプール校(インド)

印度坎普尔理工学院（印度）