The objective of many contact-rich manipulation tasks can be expressed as desired contacts between environmental objects. Simulation and planning for rigid-body contact continues to advance, but the achievable performance is significantly impacted by hardware design, such as physical compliance and sensor placement. Much of mechatronic design for contact is done from a continuous controls perspective (e.g. peak collision force, contact stability), but hardware also affects the ability to infer discrete changes in contact. Robustly detecting contact state can support the correction of errors, both online and in trial-and-error learning. Here, discrete contact states are considered as changes in environmental dynamics, and the ability to infer this with proprioception (motor position and force sensors) is investigated. A metric of information gain is proposed, measuring the reduction in contact belief uncertainty from force/position measurements, and developed for fully- and partially-observed systems. The information gain depends on the coupled robot/environment dynamics and sensor placement, especially the location and degree of compliance. Hardware experiments over a range of physical compliance conditions validate that information gain predicts the speed and certainty with which contact is detected in (i) monitoring of contact-rich assembly and (ii) collision detection. Compliant environmental structures are then optimized to allow industrial robots to achieve safe, higher-speed contact.


翻译:许多接触丰富的操纵任务的目标可以表现为环境物体之间的预期接触。僵硬接触的模拟和规划工作继续取得进展,但硬体接触的模拟和规划工作受到硬件设计(如物理合规和传感器布置)的重大影响。许多用于接触的机能设计是从连续控制角度完成的(例如碰撞高峰、接触稳定性),但硬件也影响推断接触变化的能力。强有力的探测接触状态可以支持纠正在线和试验与试验与error学习中的错误。在这里,离散接触状态被视为环境动态的变化,而用自行感应(运动位置和力感应器)进行推断的能力受到很大影响。建议采用信息收益的衡量尺度,衡量从武力/定位测量中减少接触的不确定性,并为完全和部分观测到的系统开发。信息收益取决于混合的机器人/环境动态和传感器的位置和遵守程度。在一系列物理合规条件下进行的硬软件实验证实,信息获取的速度和确定速度和确定性,从而能够检测到在最大程度的接触速度和确定性(机动位置和动力感),然后监测最优化的接触(i)机能感测到最高级的频率。

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