基于视觉和触觉反馈的可变形物体的变形控制

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由于柔软可变形物体的精确变形模型复杂且难以得到,故对其进行操作及控制其变形是机器人技术中一个具有挑战性的问题。目前对变形物体的操作方式基本都是将执行器与物体固定,并通过假设位置约束来控制物体的变形。但事实上,在许多情况下,很大比例的物体操作必须在主动施加的力的约束下来完成。本研究考虑了这种情况。基于力约束的物体变形具有更大的操作难度。其难点在于以下几点。力约束的操作不同于位置约束的操作,前者的末端轨迹是受限的,不合理的运动会导致脱手甚至发生危险。此外,必须对操作力进行控制以克服操作过程中可能产生的脱手情况。最重要的,力与物体变形之间的关系模型难以明确,在物体变形模型未知、力与运动的映射模型未知的情况下,如何进行力的控制以完成操作任务乃至将物体变形至目标位置是一个关键问题。在本文中,提出了一种基于力约束的变形物体的操作及变形控制方案。该方案集成了触觉反馈,以确保机器人末端执行器与要操纵的柔软物体之间的稳定接触。通过视觉传感器测量柔软物体的形状,并利用受控的接触力调节物体的变形。本研究中基于该方案完成了纸张操作及变形控制实验、组织操作实验。实验结果表明了该基于力约束的操作方法的有效性与鲁棒性。
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