Antipodal Grasp

Detto anche: antipodal point grasp
Categoria: Planning & manipulation › Manipulation
Tag: grasping, parallel-jaw, point-clouds, manipulation, contact

Una presa a due contatti in cui la retta che unisce i contatti cade all'interno del cono di attrito in ciascun contatto, così che le dita possono stringere l'oggetto senza scivolare.

Definizione

Una presa antipodale (antipodal grasp) colloca due contatti su lati opposti di un oggetto in modo che la retta tra loro sia allineata con le normali di superficie in entrambi i punti. Nel senso geometrico stretto, le due normali puntano esattamente l'una verso l'altra lungo quella retta. Con l'attrito la condizione si allenta: la presa è antipodale quando la retta che unisce i contatti cade all'interno del cono di attrito in ciascun contatto, il che significa che la forza di serraggio può essere trasmessa senza che nessuna delle dita scivoli. È la forma di presa che realizza una pinza a ganasce parallele, ed è per questo che il termine è così comune nel lavoro pratico sulla presa.

Per gli oggetti planari, una presa antipodale con attrito è in chiusura di forza: può resistere a qualsiasi disturbo nel piano con un serraggio sufficiente. In 3D il quadro è meno completo. Due contatti puntiformi non possono resistere a una coppia attorno all'asse che li unisce, quindi una presa antipodale reale si affida anche all'attrito torsionale delle superfici di contatto finite dei polpastrelli in gomma o morbidi. La gravità che agisce su un oggetto tenuto lontano dal suo baricentro crea proprio una coppia di questo tipo, perciò gli oggetti lunghi afferrati a un'estremità possono ruotare e sfuggire da una presa antipodale per il resto valida.

L'antipodalità è economica da verificare, il che la rende uno strumento di uso quotidiano nel campionamento e nell'etichettatura delle prese. Data una nuvola di punti con normali stimate, un campionatore può proporre una posa della pinza, trovare i punti che verrebbero toccati da ciascuna ganascia e verificare se le loro normali rientrano in un angolo di cono di attrito rispetto alla direzione di chiusura. Grasp Pose Detection e Dex-Net usano questo tipo di verifica geometrica per generare o valutare grandi quantità di prese candidate, e le reti di presa apprese vengono spesso addestrate su etichette prodotte in questo modo.

Perché è importante

La maggior parte delle pinze robotiche in servizio è a ganasce parallele, e una verifica antipodale è il test geometrico più semplice per capire se una pinza del genere terrà un oggetto. Trasforma la pianificazione della presa su nuvole di punti grezze in un problema di campionamento veloce e fornisce etichette per i rilevatori di presa appresi.

Applicazioni principali

Campionamento delle prese per pinze a ganasce parallele su nuvole di punti
Generazione di etichette di addestramento per rilevatori di presa appresi
Bin picking e prelievo degli ordini in magazzino
Filtraggio delle prese candidate prima della pianificazione del movimento
Valutazione comparativa della qualità della presa in simulazione

In pratica

Una cella di bin picking usa una telecamera sul polso per acquisire una nuvola di punti di pezzi misti. Il modulo di presa stima le normali di superficie, poi campiona pose della pinza il cui asse di chiusura è all'incirca allineato con le normali locali. Per ogni posa verifica che il corpo della pinza non collida con la nuvola, trova i punti tra le ganasce e accetta la presa se i punti su entrambi i lati hanno normali entro circa 15-20 gradi dalla direzione di chiusura, un margine scelto al di sotto dell'angolo del cono di attrito dei polpastrelli in gomma. Le prese accettate vengono ordinate in base a un punteggio appreso e a quanto il centro delle ganasce è vicino al centroide stimato del pezzo, il che riduce la rotazione causata dalla coppia della gravità attorno all'asse delle ganasce.

Idee sbagliate comuni

Antipodale significa che le normali devono essere esattamente opposte — con l'attrito, la retta tra i contatti deve solo cadere all'interno di entrambi i coni di attrito
Una presa antipodale è in chiusura di forza in 3D — due contatti puntiformi lasciano senza contrasto la rotazione attorno all'asse delle ganasce, quindi serve anche l'attrito torsionale dei polpastrelli
Superare la verifica antipodale garantisce un prelievo riuscito — distribuzione della massa, collisioni, rumore nella stima delle normali e deformazione dell'oggetto possono comunque causare fallimenti

Chi dovrebbe saperlo

Ingegneri che realizzano sistemi di pick-and-place e bin picking
Ricercatori di rilevamento e apprendimento della presa
Progettisti di pinze e di polpastrelli
Studenti di robotica che studiano la meccanica della presa

Tecnologie correlate

Pinza a ganasce parallele (Parallel-Jaw Gripper)
Grasp Pose Detection (GPD)
Dex-Net
Stima delle normali di superficie (Surface Normal Estimation)
Point Cloud Library

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