Extrinsic dexterity

Catégorie: Planning & manipulation › Manipulation
Mots-clés: manipulation, contact, in-hand-manipulation, grasping, nonprehensile-manipulation

Manipuler un objet tenu dans la main en utilisant des ressources extérieures à la main, comme le contact avec l'environnement, la gravité ou le mouvement du bras, pour faire ce que les doigts seuls ne peuvent pas faire.

Définition

Dextérité extrinsèque (extrinsic dexterity) : capacité d'un robot à repositionner ou réorienter un objet dans sa prise, ou à l'amener dans une pose saisissable, en utilisant des forces extérieures à la main : le contact avec une table, un mur ou un montage, la gravité, ou l'inertie produite en accélérant le bras. Le terme a été introduit par Nikhil Chavan-Dafle, Alberto Rodriguez et leurs collègues en 2014 pour décrire comment une pince simple, avec peu de doigts actionnés, peut tout de même réaliser de la manipulation dans la main en poussant l'objet tenu contre l'environnement. Elle s'oppose à la dextérité intrinsèque (intrinsic dexterity), qui repose sur les doigts actionnés de la main elle-même.

Les stratégies typiques consistent à faire pivoter un objet autour de l'axe de prise en appuyant son bord contre une surface, à faire glisser un objet entre les doigts en le poussant contre un mur, à pousser un objet mince comme une assiette ou une carte contre un mur pour que son bord se soulève de la table et puisse être saisi, à laisser la gravité faire basculer ou glisser un objet dans une nouvelle pose, et à reprendre un objet en le posant puis en le saisissant à nouveau autrement. Les gens le font sans cesse, par exemple en faisant glisser une pièce de monnaie jusqu'au bord d'une table pour la ramasser.

Planifier ces actions est difficile car elles sont riches en contacts : le résultat dépend des contacts qui adhèrent ou glissent, entre l'objet et la pince comme entre l'objet et l'environnement, et de valeurs de frottement incertaines. Les approches comprennent la mécanique quasi statique avec cônes de frottement et la planification sur les modes de contact, les planificateurs à contact implicite et à contact lissé qui explorent automatiquement les séquences de contacts, et des politiques apprises entraînées en simulation. La compliance, soit dans la pince, soit par une commande en force ou en impédance du bras, est importante en pratique car elle maintient les forces de contact bornées pendant que l'objet se déplace contre l'environnement.

Pourquoi c'est important

La plupart des robots industriels utilisent de simples pinces à mors parallèles ou à ventouse. La dextérité extrinsèque étend ce que ces pinces peuvent faire sans mains plus complexes, et elle décrit une grande partie de la façon dont les gens manipulent réellement les objets.

Applications principales

Saisir des objets minces ou plats sur des tables et dans des bacs
Réorienter des pièces pour l'assemblage à l'aide de montages
Reprise dans la main avec des pinces simples
Faire pivoter et repositionner des outils
Prélèvement en bac en logistique

En pratique

Une équipe d'entrepôt doit saisir des articles minces et plats, comme des livres posés à plat dans un bac, sous lesquels les doigts de la pince ne peuvent pas passer. Sa stratégie consiste à appuyer sur l'article avec un doigt, à le faire glisser contre la paroi du bac jusqu'à ce que son bord opposé se soulève, puis à saisir le bord relevé. Le bras fonctionne en commande en impédance, de sorte que la force vers le bas reste dans une plage fixée pendant le glissement. L'approche ne fonctionne que si le frottement entre le coussinet du doigt et l'article dépasse celui entre l'article et le fond du bac ; sinon, le doigt glisse sur l'article. La plupart des échecs observés viennent de là ; l'équipe choisit donc un coussinet à fort frottement et détecte le glissement à partir des mesures d'effort du bras.

Idées reçues

La manipulation dextre exige une main à plusieurs doigts — de nombreuses manipulations dans la main peuvent se faire avec une pince parallèle en utilisant l'environnement
Le contact avec l'environnement doit toujours être évité — la planification sans collision le traite comme un échec, mais un contact délibéré et maîtrisé est souvent le moyen le plus simple d'obtenir une nouvelle prise
La dextérité extrinsèque, c'est seulement pousser — elle couvre aussi l'utilisation de la gravité, les mouvements dynamiques du bras et le fait de poser un objet pour le reprendre

Qui devrait le savoir

Chercheurs en manipulation et en préhension
Ingénieurs en automatisation d'entrepôts et de la logistique
Concepteurs de pinces
Ingénieurs en automatisation de l'assemblage

Technologies associées

Pinces à mors parallèles (Parallel-Jaw Grippers)
Commande en impédance (Impedance Control)
Modèles de poussée quasi statiques (Quasi-Static Pushing Models)
Planification à contact implicite (Contact-Implicit Planning)
Bouts de doigts compliants (Compliant Fingertips)

Termes associés

Projets associés

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