上交大本科畢業，獲ICRA最佳學生論文、機器人控制雙獎項，這個小哥的機械手玩球技術嫻熟

機器之心發表於2020-06-08
機器人


上交大本科畢業，獲ICRA最佳學生論文、機器人控制雙獎項，這個小哥的機械手玩球技術嫻熟


ICRA 2020 共設有最佳論文獎、最佳學生論文獎，以及自動化、人機互動、多機器人系統、機器人視覺等子領域最佳論文獎等 12 個獎項。而 Shenli Yuan 等人的這項研究入圍了其中四個獎項，包括最佳學生論文和最佳論文，並最終斬獲最佳學生論文獎和最佳機器人控制論文獎。

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入圍 ICRA 2020 獎項的部分論文列表。

入圍 ICRA 2020 四個獎項的研究講了些什麼？

這項研究開發了一種新型非擬人化機械手，可以透過安裝在機器人指尖的鉸接式滾筒（articulated roller）來操縱物體。

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與使用傳統機械手的手內操縱（within-hand manipulation）不同，該研究開發的「會滾動的手指」具備連續旋轉的能力，因而無需手指轉動即可無限旋轉被抓握的物體。

我們先來看這隻機械手操縱物體的能力。

一隻小小的骰子，它轉起來毫不費力！

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此外，它還能操縱厚度很小的物體（如一張紙），而且由於該機械手具備連續旋轉的能力，擰瓶蓋這種小事對它來說也不在話下。

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接下來，我們再來看它抓取物體的能力如何。

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如上圖所示，這隻機械手能夠抓握纖維製品、球體等，還能利用一個滾筒將薄的物體滑動到桌面邊緣然後再抓取……

機械手的設計原理

這隻機械手的抓手包含三個運動學類似的手指，每個手指有三個自由度（DoF），參見下圖：

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近端自由度（proximal DoF）是由 Robotis Dynamixel XM430-W350 智慧制動器直接驅動的轉動關節。

中間自由度（intermediate DoF）正交於近端 DoF，它基於《Remote center-of-motion robot for surgery》中的平行四邊形機制，其輸入連桿和接地連桿位於平行四邊形的中線。中間自由度控制指尖滾筒的方向，由微數字伺服電機（Savox SW0250MG）來驅動。

指尖滾筒由配備正交編碼器的微 DC 齒輪馬達驅動，能夠實現連續旋轉。該滾筒安裝有多個氯丁橡膠 O 型環，可以為抓握和操縱物體提供高阻力表面。

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抓手重 800 克，每個手指可提供 20 N 的法向力。其運動學配置和引數如下圖所示：

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其中手指 1 和 2 對稱分佈，具備平行的近端關節軸，手指 3 與手指 1 具備同樣的平行四邊形配置。

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運動學分析

此外，該研究對其進行了運動學分析，將機械手用二指和三指控球的方程進行了形式化，以展示機械手的六自由度非約束空間移動能力。

下圖展示了滾筒在操縱球體時的配置（第一行為三指控球，第二行為二指控球）：

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 關於機械手三指控球，作者給出瞭解釋和示例：

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下圖則展示了對機械手二指控球的分析和展示：

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研究人員製作了這隻機械手的原型，並使用它抓握和操縱多種物體。對該原型的一系列測試驗證了前述數學分析的有效性。

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該研究製作的機械手原型。

關於該研究的更多資訊，參見：https://ras.papercept.net/proceedings/ICRA20/1733.pdf

此外，作者還給出了論文解讀影片，感興趣的讀者請戳：


作者簡介

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Shenli Yuan。

這項研究的第一作者是 Shenli Yuan，他在本科階段獲得了上海交通大學和普渡大學的雙學士學位，碩士階段又取得了史丹佛大學音樂與科學技術碩士（MA in Music Science and Technology, MST）和機械工程理學碩士（MS in Mechanical Engineering）。

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履歷：本科與碩士階段均取得雙學位。

Shenli Yuan 現為史丹佛大學機械工程博士生，同時輔修電腦科學，其導師為史丹佛人工智慧實驗室（SAIL）的 Kenneth Salisbury 教授。

他對機器人學、觸覺學和音訊技術都有很大的研究興趣，大多數科研專案與這些主題相關。最近，他將研究重點放在了機器人手內操縱領域，尤其是設計機器人抓手和開發操縱演算法。

除了這篇獲獎研究之外，Shenli Yuan 之前參與的一些研究工作也被其他學術會議或期刊接收：

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Shenli Yuan 的其他研究工作。

ICRA 2020 其他獎項

除了 Shenli Yuan 獲得的最佳學生論文與機器人操控最佳論文獎，大會還公佈了大會整體最佳論文、自動化最佳論文等眾多獎項。

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本屆大會的最佳論文獎由來自加州理工學院等機構的論文《Preference-Based Learning for Exoskeleton Gait Optimization》獲得。

其他獲獎論文資訊整理如下：

  • 自動化最佳論文：Securing Industrial Operators with Collaborative Robots: Simulation and Experimental Validation for a Carpentry task

  • 連結：https://hal.inria.fr/hal-02418739v2/document


  • 認知機器人最佳論文：Semantic Linking Maps for Active Visual Object Search

  • 連結：https://7948cefb-1ef7-4c55-96df-fcb8d527c697.filesusr.com/ugd/0886ee_198d7d01f879448bbf00733b21bfcbe9.pdf


  • 機制與設計最佳論文：Swing-Assist for Enhancing Stair Ambulation in a Primarily-Passive Knee Prosthesis

  • 連結：https://icra20.slack.com/?redir=%2Fapp_redirect%3Fchannel%3Dmoa01_1#/


  • 醫療機器人最佳論文：Fault Tolerant Control in Shape-Changing Internal Robots

  • 連結：http://eprints.whiterose.ac.uk/160367/


  • 機器人視覺最佳論文：Graduated Non-Convexity for Robust Spatial Perception: From Non-Minimal Solvers to Global Outlier Rejection

  • 連結：https://arxiv.org/abs/1909.08605


  • 無人機最佳論文：Design and Autonomous Stabilization of a Ballistically Launched Multirotor

  • 連結：https://arxiv.org/abs/1911.10269


  • 人機互動最佳論文：Preference-Based Learning for Exoskeleton Gait Optimization

  • 連結：https://arxiv.org/abs/1909.12316


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