ロボットの力トルクセンシング: 重要な理由とその使用方法
視覚はロボットに物がどこにあるかを伝えます。 力とトルクの感知により、どれだけ強く押したり、引いたり、絞ったりしているかを知らせます。 接触が多い操作タスクの場合、F/T センシングはオプションではありません。これは、繊細な組み立てを処理できるロボットと、触れるものすべてを破壊するロボットを区別するものです。
力・トルクセンシングとは
力-トルク (F/T) センサーは、ロボット上の 1 点における機械的負荷の 6 つの成分、つまり各軸に沿った 3 つの力 (Fx、Fy、Fz) と各軸の周りの 3 つのトルク (Tx、Ty、Tz) を測定します。 ロボットの手首 (最後のアーム リンクとエンドエフェクターの間) に取り付けられた F/T センサーは、グリッパーと環境の間の機械的相互作用、つまりロボットがどの程度の力を加えているか、どの方向にどの程度の曲げモーメントが生成されているかの全体像を提供します。
この情報はカメラには見えず、関節モーター電流だけから確実に推測することはできません (ただし、フランカのような一部の最新のアームは、粗い F/T のような信号を与える手首レベルの関節トルク推定値を提供します)。 手首の専用 F/T センサーは、準拠した制御、接触検出、把握品質のモニタリングに使用できる、また学習された操作ポリシーの追加の観察チャネルとして使用できる、校正された高帯域幅の力データを提供します。
F/Tセンシングが必要な場合
F/T センシングは、ペグインホールの挿入、コネクタの嵌合、ジャーの開封、ネジのねじ切り、引き出しのスライド、表面の研磨、ロボットが単に位置軌道に従うのではなく制御された力を適用する必要がある組み立て作業など、接触が多い操作作業で最も価値があります。 これらのタスクでは、小さな位置決め誤差によって大きな接触力が発生し、位置制御ロボットでは力のフィードバックなしでは補償できません。ロボットはターゲットを完全に外すか、過剰な力を加えてアセンブリを損傷します。
許容範囲が広い純粋なピック アンド プレース タスクの場合、多くの場合、専用の F/T センシングは不要です。 基本的な衝突検出には関節トルクのモニタリングで十分であり、適切なグリッパー剛性を備えた適切に調整された把握により、明示的な力制御なしでほとんどの物体の取り扱いが可能になります。 タスクに正確な挿入、接触維持動作、または力制御された表面追従が含まれる場合は、専用の F/T センシングを追加します。
ハードウェアオプション
ATI Mini45 および Mini85 は、高精度、高帯域幅 (7 kHz)、および広範なドキュメントを備えた、研究用 F/T センシングのゴールド スタンダードです。 高価ですが（測定範囲とコネクタに応じて 3,000 ～ 7,000 ドル）、信頼性が高く、サポートも充実しています。 Robotiq FT 300-S は、より手頃な価格のオプション (2,000 ～ 3,000 ドル) で、帯域幅は低くなりますが、USB とイーサネットを介して簡単に統合でき、ROS を直接サポートします。 OnRobot Hex シリーズは、F/T センシングをグリッパー アーム インターフェイスに直接統合し、構成可能性を犠牲にして配線を簡素化します。
予算が限られた研究では、Bota Systems や Wacoh Tech などの企業の新しい低コスト F/T センサーが大幅に改良され、多くの研究用途に適しています。 センサーを選択するときは、測定範囲をタスクに合わせてください。重いペイロードの把握に使用される感度が高すぎるセンサーは飽和してしまいます。 精密な組み立てに使用される鈍感なセンサーでは、重要な接触イベントは検出されません。
操作ポリシーとの統合
F/T データは、2 つの方法で学習された操作ポリシーに統合できます。 最も一般的なアプローチは、F/T 読み取り値を画像や結合状態とともに追加の観測チャネルとして含めることです。ポリシーは各タイムステップで 6 次元の F/T ベクトルを受け取り、それを暗黙的に使用することを学習します。 これは実装が簡単で、F/T データがポリシーが活用方法を学習できる有用なシグナルを提供する場合にうまく機能します。
より構造化されたアプローチでは、F/T データを使用して古典的な準拠制御層をパラメータ化します。学習されたポリシーは、関節位置ではなく、目的のレンチまたは準拠パラメータを出力し、古典的なインピーダンス コントローラーは、指定された準拠を維持しながら、これを関節コマンドに変換します。 このハイブリッド アーキテクチャは、タスク計画 (学習) を接触ダイナミクス処理 (古典的) から分離し、多くの場合、純粋なエンドツーエンド学習よりも接触の多いタスクでより信頼性の高い動作を生成します。
コンタクトの多いタスクと SVRC のセンシング スタック
SVRC は、プラグの挿入、引き出しの開閉、制御された力の適用を必要とする組み立て作業など、接触の多い操作作業に関するデータ収集のために、F/T を備えたロボット ステーションを導入しました。 当社の標準センシング スタックには、各ロボット アームの手首に ATI Mini45 が含まれており、F/T データはカメラおよび関節の状態とともに 500 Hz で同期的に記録されます。 このロギング レートは、接触の過渡現象をキャプチャするのに十分であり、標準のデータセット エクスポートに含まれています。
接触リッチ操作の研究を行っているチームの場合、SVRC のパロアルト施設にある F/T を備えたステーションを、当社のサービスを通じて利用できます。 ロボットリースプログラム。 また、カスタム ハードウェア セットアップ向けの F/T センサーの選択と統合に関するコンサルティングも提供します。 連絡先 SVRCエンジニアリングチーム 特定の連絡先が豊富な操作の要件について話し合うか、 ハードウェアカタログ 利用可能なセンサー構成については。