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PNPRobotics新蟲 (小有名氣)
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[交流]
視觸覺方案：視覺實現(xiàn)觸覺方案并在Franka機器人上實驗剛性和柔性物體的操控
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通過基于視覺的觸覺傳感器實現(xiàn)低成本遠(yuǎn)程操作和觸覺反饋，用于剛性和柔性物體的操控 觸覺反饋對于人類成功執(zhí)行復(fù)雜而精細(xì)的操作任務(wù)至關(guān)重要。最近觸覺傳感器的興起使機器人能夠利用觸覺并大幅擴展其能力。然而，許多任務(wù)仍然需要人工干預(yù)/指導(dǎo)。為此，我們提出了一個遠(yuǎn)程操作框架，旨在根據(jù)安裝在Franka機器人夾持器上的基于攝像頭的觸覺傳感器的數(shù)據(jù)為人類操作員提供觸覺反饋。引入部分自主性以防止在執(zhí)行任務(wù)期間抓取的物體滑落。值得注意的是，我們完全依靠低成本的現(xiàn)成硬件來實現(xiàn)經(jīng)濟實惠的解決方案。我們在真實硬件上使用三個不同的操作員，展示了該框架在九種不同物體上的多功能性，從剛性物體到柔軟易碎物體。 集智聯(lián)機器人（Plug & Play Robotics），簡稱PNP機器人，是Franka Robotics和思靈機器人金牌合作伙伴，集智聯(lián)機器人團(tuán)隊成員均來自于國內(nèi)外機器人行業(yè)知名企業(yè)，具有較強的學(xué)術(shù)背景。PNP機器人致力于為客戶提供從硬件到軟件的全方位支持，幫助客戶快速實現(xiàn)機器人的部署與應(yīng)用，提升生產(chǎn)效率和智能化水平。 PNP機器人和思靈機器人以及旗下Franka機器人等深度合作，聚焦面向生活和工業(yè)場景的單臂/雙臂數(shù)據(jù)采集場景，致力于機器人即插即用（Plug & Play ）技術(shù)和具身智能通用解決方案。 通過PNP機器人平臺，您可以輕松購買各種機器人相關(guān)產(chǎn)品，省心省事省力。我們專注于為用戶提供專業(yè)、便捷且經(jīng)濟實惠的機器人系統(tǒng)及定制服務(wù)，幫助您實現(xiàn)更多可能。 一、介紹 觸覺傳感器旨在復(fù)制機器的觸覺，使機器人能夠收集與其接觸的物體的物理特性信息，包括紋理、形狀和柔軟度。這種觸覺能力在對易碎物體進(jìn)行精確而精細(xì)的操作時尤其重要，例如處理食品或易碎材料。在各種觸覺傳感器技術(shù)中[1]，基于攝像頭的觸覺傳感器由于其高分辨率、穩(wěn)健性、電路簡單和低成本，最近引起了研究界的廣泛興趣 [2]與電子傳感器相比，這種傳感器更先進(jìn)。這種傳感器通常由可變形彈性體組成，并在其后方集成一個攝像頭，用于捕捉接觸過程中發(fā)生的變形的高分辨率圖像。舉幾個應(yīng)用例子，手部操作[3]、體積網(wǎng)格重建[4]，以及對軟脆物體的操作[5]已在文獻(xiàn)中使用配備基于視覺的觸覺傳感器的自主機器人實現(xiàn)。然而，在許多現(xiàn)實世界的應(yīng)用中，人類指導(dǎo)仍然是必不可少的，以確保成功的結(jié)果。這種必要性出現(xiàn)在從意外故障中恢復(fù)、在高度非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中操作或記錄示例操作等場景中。 二、相關(guān)工作 遠(yuǎn)程機器人控制，通常稱為遙操作，是一個活躍的研究領(lǐng)域，有各種方法可以最有效、最準(zhǔn)確地實現(xiàn)這一目標(biāo) 。10]。謝等人討論了使用操縱桿作為控制界面 [11]。石黑一雄等人深入研究了外骨骼的應(yīng)用[12]，而 Gliesche 的作品將鍵盤和鼠標(biāo)與動覺設(shè)備進(jìn)行了比較 [十三]。Nandikolla 等人表示，控制機器人的另一種方法是通過腦機接口 (BCI)，利用用戶的腦信號指揮機器人，讓他們以創(chuàng)新的方式與機器人互動 。[14]。雖然這些方法提供了先進(jìn)的遠(yuǎn)程操作，但需要注意的是，它們通常需要昂貴的設(shè)備，并且需要專業(yè)知識和培訓(xùn)。此外，它們中的大多數(shù)都是針對特定機器人平臺量身定制的。 人機交互中的觸覺反饋觸覺反饋在實現(xiàn)機器人操控的精確度方面起著重要作用。它包含各種反饋選項和控制器，有助于提高用戶對機器人狀態(tài)和運動的理解。各種反饋都被歸類為觸覺。振動觸覺反饋是一種振動，可以提供有關(guān)機器人是否離障礙物更近或更遠(yuǎn)的感官信息 。22，23]而擠壓彈力帶可以模擬抓握物體的感覺 [24]。六個自由度控制器施加阻力來引導(dǎo)機器人的運動，例如，當(dāng)機器人偏離預(yù)定路徑時進(jìn)行干預(yù) [二十五，二十六]。然而，這些解決方案高度專業(yè)化且成本高昂。此外，將引導(dǎo)力作為觸覺反饋有時會導(dǎo)致用戶和機器人之間產(chǎn)生混淆和沖突，而尋找平衡是一個活躍的研究領(lǐng)域 [二十七]。此外，觸覺設(shè)備還包括配備阻力板的手套，以模擬握住物體的感覺 [二十八]，腕戴式觸覺設(shè)備，為虛擬和增強現(xiàn)實體驗提供無控制器觸覺反饋 [二十九]，以及用于模擬與虛擬物體交互的設(shè)備，觸覺反饋集中在手腕上 [三十，31]。 三、問題陳述和方法概述 本研究的主要目標(biāo)是開發(fā)一個遙操作框架，利用現(xiàn)成的、經(jīng)濟高效的硬件來操縱可能很精密的物體。具體來說，該框架應(yīng)實現(xiàn)以下目標(biāo)：i）經(jīng)濟高效的遙操作，即實現(xiàn)基于低成本和商用硬件組件的系統(tǒng)，提高其可承受性；ii）精密物體操縱，即能夠精確、輕柔地操縱易碎物體；iii）用戶友好界面，即為用戶設(shè)計直觀的界面，確保易用性，并降低不同專業(yè)水平操作員的學(xué)習(xí)曲線；iv）實時控制，即提供無延遲的控制和反饋機制。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，我們提出了圖1所示的 T2H 框架 。具體來說，我們考慮在夾持器上配備現(xiàn)成的基于視覺的觸覺傳感器的機器人機器人，以及能夠向用戶提供振動反饋的控制器。在我們的設(shè)置中，我們采用以下商用和低成本設(shè)備：DIGIT 觸覺傳感器[9]用于機器人，Oculus Quest 2 控制器用于遠(yuǎn)程操作。觸覺傳感器數(shù)據(jù)基于低計算圖像處理轉(zhuǎn)換為振動反饋，使用戶能夠感知到對操作物體施加的壓力感。同時，控制器的線速度和角速度轉(zhuǎn)換為機器人末端執(zhí)行器的速度命令，為用戶提供反應(yīng)靈敏、直觀的界面。此外，我們設(shè)計了一種部分自主行為，以主動防止操作過程中物體滑落。在實踐中，這需要在檢測到自主滑落時自動收緊抓握，確保牢固握住物體。觸覺反饋和自主行為之間的協(xié)同作用使用戶能夠輕松操縱精密物體（如第五節(jié)所示 ），從而降低了這些物體。 四、T2H 框架 所提出的 T2H 框架包括以下關(guān)鍵模塊，這些模塊將在本節(jié)的其余部分詳細(xì)介紹：i）從觸覺傳感器到遙控操作控制器的映射， ii）從遙控操作控制器到機器人命令的映射，以及iii） 用于防止滑落的部分自主性。 五、從觸覺傳感器到觸覺反饋的映射 為了根據(jù)觸覺傳感器的圖像確定觸覺反饋，我們擴展了之前工作中介紹的處理方法。5]�；舅枷胧怯嬎忝總�傳感器圖像相對于背景參考圖像的像素變化，背景參考圖像可由操作員隨時設(shè)置，然后將振動反饋與改變的像素數(shù)相關(guān)聯(lián)。一般來說，隨著抓握力的增強，與背景圖像不同的像素比例也會增加，從而產(chǎn)生放大的觸覺反饋，并應(yīng)將其傳達(dá)給操作員。 六、結(jié)論 該T2H框架基于基于視覺的觸覺傳感器為遠(yuǎn)程操作提供觸覺反饋。我們使用低成本的消費級硬件實現(xiàn)了 T2H，并公開了源代碼。該框架利用觸覺圖像與背景參考圖像相比的像素變化來提供振動反饋，增強操作員在對象操作過程中的感知和控制。此外，部分自主功能旨在防止操作任務(wù)期間打滑。該系統(tǒng)的有效性已在具有各種物理特性的一系列物體（包括易碎物品）上得到證實，且不會造成損壞。在不同經(jīng)驗水平的操作員之間確認(rèn)了可用性。未來的工作旨在通過預(yù)測人類意圖引入主動行為，將 GUI 與耳機集成，并開展涉及多名操作員的廣泛用戶研究。 |
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