Manipulation of objects in-hand without an object model is a foundational skill for many tasks in unstructured environments. In many cases, vision-only approaches may not be feasible; for example, due to occlusion in cluttered spaces. In this paper, we introduce a method to reorient unknown objects by incrementally building a probabilistic estimate of the object shape and pose during task-driven manipulation. Our method leverages Bayesian optimization to strategically trade-off exploration of the global object shape with efficient task completion. We demonstrate our approach on a Tactile-Enabled Roller Grasper, a gripper that rolls objects in hand while continuously collecting tactile data. We evaluate our method in simulation on a set of randomly generated objects and find that our method reliably reorients objects while significantly reducing the exploration time needed to do so. On the Roller Grasper hardware, we show successful qualitative reconstruction of the object model. In summary, this work (1) presents a system capable of simultaneously learning unknown 3D object shape and pose using tactile sensing; and (2) demonstrates that task-driven exploration results in more efficient object manipulation than the common paradigm of complete object exploration before task-completion.


翻译:没有对象模型的手持物体操纵是非结构化环境中许多任务的基础技能。 在许多情况下, 仅视目标的方法可能不可行, 例如, 因为在封闭的空间中被隔离。 在本文件中, 我们引入了一种方法, 通过逐步建立对物体形状的概率性估计来调整未知对象的方向, 并在任务驱动的操纵过程中产生变化。 我们的方法将巴耶斯优化用于对全球物体形状进行战略性的取舍性探索, 并高效完成任务。 我们展示了我们对一个触摸- 耐用的滚动器格拉斯珀( Tactile- enabled Roller Grassper) 的处理方法, 这是一种在不断收集触动数据的同时将物体放入手头的抓抓抓器。 我们评估了一组随机生成物体的模拟方法, 发现我们的方法可以可靠地调整对象, 同时大大缩短了所需的探索时间。 在滚动器格拉斯伯硬件上, 我们展示了对物体模型进行成功的定性重建。 总之, 这项工作(1) 展示了一个系统, 能够同时学习未知的3D对象形状, 并使用触摸摸测图; (2) 展示了任务驱动的探索结果, 在更高效的物体操作之前, 而不是常规的校正 。

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