Antipodal Grasp

Aussi appelé: antipodal point grasp
Catégorie: Planning & manipulation › Manipulation
Mots-clés: grasping, parallel-jaw, point-clouds, manipulation, contact

Une prise à deux contacts dans laquelle la droite qui relie les contacts se trouve à l'intérieur du cône de frottement de chacun, de sorte que les doigts peuvent serrer l'objet sans glisser.

Définition

Une prise antipodale (antipodal grasp) place deux contacts sur des côtés opposés d'un objet de sorte que la droite qui les relie soit alignée avec les normales à la surface aux deux points. Au sens géométrique strict, les deux normales pointent exactement l'une vers l'autre le long de cette droite. Avec frottement, la condition se relâche : la prise est antipodale lorsque la droite qui relie les contacts se trouve dans le cône de frottement de chaque contact, ce qui signifie que la force de serrage peut être transmise sans qu'aucun doigt ne glisse. C'est la forme de prise que réalise une pince parallèle, d'où la fréquence du terme dans les travaux pratiques sur la préhension.

Pour des objets plans, une prise antipodale avec frottement est en fermeture en force : elle peut résister à toute perturbation dans le plan si le serrage est suffisant. En 3D, le tableau est moins complet. Deux contacts ponctuels ne peuvent pas résister à un couple autour de l'axe qui les relie ; une prise antipodale réelle repose donc aussi sur le frottement de torsion des surfaces de contact finies des coussinets de doigts en caoutchouc ou souples. La gravité qui agit sur un objet tenu loin de son centre de masse crée exactement un tel couple, si bien que des objets longs saisis par une extrémité peuvent tourner et sortir d'une prise antipodale par ailleurs saine.

L'antipodalité est peu coûteuse à vérifier, ce qui en fait un outil de base pour l'échantillonnage et l'étiquetage de prises. À partir d'un nuage de points avec des normales estimées, un échantillonneur peut proposer une pose de pince, trouver les points que chaque mors toucherait et tester si leurs normales se trouvent à moins d'un angle de cône de frottement de la direction de fermeture. Grasp Pose Detection et Dex-Net utilisent ce type de vérification géométrique pour générer ou noter de grands nombres de prises candidates, et les réseaux de prise appris sont souvent entraînés sur des étiquettes produites de cette manière.

Pourquoi c'est important

La plupart des pinces robotiques déployées sont des pinces parallèles, et une vérification d'antipodalité est le test géométrique le plus simple pour savoir si une telle pince tiendra un objet. Elle transforme la planification de prise sur des nuages de points bruts en un problème d'échantillonnage rapide et fournit des étiquettes aux détecteurs de prise appris.

Applications principales

Échantillonnage de prises pour pinces parallèles sur des nuages de points
Génération d'étiquettes d'entraînement pour des détecteurs de prise appris
Prélèvement en vrac et préparation de commandes en entrepôt
Filtrage des prises candidates avant la planification de mouvement
Évaluation comparative de la qualité de prise en simulation

En pratique

Une cellule de prélèvement en vrac utilise une caméra de poignet pour acquérir un nuage de points de pièces mélangées. Le module de prise estime les normales de surface, puis échantillonne des poses de pince dont l'axe de fermeture est à peu près aligné avec les normales locales. Pour chaque pose, il vérifie que le corps de la pince n'entre pas en collision avec le nuage, trouve les points situés entre les mors et accepte la prise si les points des deux côtés ont des normales à environ 15 à 20 degrés au plus de la direction de fermeture, une marge choisie en dessous de l'angle du cône de frottement des coussinets en caoutchouc. Les prises acceptées sont classées selon un score appris et selon la proximité du centre des mors avec le centroïde estimé de la pièce, ce qui réduit la rotation causée par le couple de gravité autour de l'axe des mors.

Idées reçues

Antipodal signifie que les normales doivent être exactement opposées — avec frottement, la droite entre les contacts doit seulement se trouver à l'intérieur des deux cônes de frottement
Une prise antipodale est en fermeture en force en 3D — deux contacts ponctuels laissent la rotation autour de l'axe des mors sans résistance, donc le frottement de torsion des coussinets est aussi nécessaire
Réussir la vérification d'antipodalité garantit une saisie réussie — la répartition des masses, les collisions, le bruit d'estimation des normales et la déformation de l'objet peuvent encore provoquer un échec

Qui devrait le savoir

Ingénieurs qui construisent des systèmes de prise-dépose et de prélèvement en vrac
Chercheurs en détection et en apprentissage de prises
Concepteurs de pinces et de coussinets de doigts
Étudiants en robotique qui étudient la mécanique de la préhension

Technologies associées

Pince parallèle (Parallel-Jaw Gripper)
Grasp Pose Detection (GPD)
Dex-Net
Estimation des normales de surface (Surface Normal Estimation)
Point Cloud Library

Termes associés

Projets associés

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