Extrinsic dexterity

Categoria: Planning & manipulation › Manipulation
Tag: manipulation, contact, in-hand-manipulation, grasping, nonprehensile-manipulation

Manipolare un oggetto tenuto in mano usando risorse esterne alla mano, come il contatto con l'ambiente, la gravità o il movimento del braccio, per fare ciò che le dita da sole non possono.

Definizione

Destrezza estrinseca (extrinsic dexterity) è la capacità di un robot di riposizionare o riorientare un oggetto che tiene in presa, o di portarlo in una posa afferrabile, usando forze esterne alla mano: il contatto con un tavolo, una parete o un'attrezzatura di fissaggio, la gravità o l'inerzia prodotta accelerando il braccio. Il termine è stato introdotto da Nikhil Chavan-Dafle, Alberto Rodriguez e colleghi nel 2014 per descrivere come una pinza semplice con poche dita attuate possa comunque eseguire manipolazione in mano spingendo l'oggetto tenuto contro l'ambiente. Si contrappone alla destrezza intrinseca, che si basa sulle dita attuate della mano stessa.

Le strategie tipiche comprendono far ruotare un oggetto attorno all'asse di presa premendone il bordo contro una superficie, far scorrere un oggetto tra le dita spingendolo contro una parete, spingere un oggetto sottile come un piatto o una tessera contro una parete in modo che il suo bordo si sollevi dal tavolo e possa essere afferrato, lasciare che la gravità faccia oscillare o scivolare un oggetto in una nuova posa, e riafferrare posando un oggetto e riprendendolo in modo diverso. Le persone lo fanno di continuo, per esempio facendo scivolare una moneta fino al bordo di un tavolo per prenderla.

Pianificare queste azioni è difficile perché sono ricche di contatti: il risultato dipende da quali contatti aderiscono o strisciano, sia tra oggetto e pinza sia tra oggetto e ambiente, e da valori di attrito incerti. Gli approcci comprendono la meccanica quasi-statica con coni di attrito e la pianificazione sui modi di contatto, pianificatori a contatto implicito e a contatto smussato che cercano automaticamente tra le sequenze di contatto, e policy basate sull'apprendimento addestrate in simulazione. La cedevolezza, nella pinza oppure tramite controllo di forza o di impedenza nel braccio, è importante in pratica perché mantiene limitate le forze di contatto mentre l'oggetto si muove contro l'ambiente.

Perché è importante

La maggior parte dei robot industriali usa pinze semplici a ganasce parallele o a ventosa. La destrezza estrinseca estende ciò che queste pinze possono fare senza mani più complesse, e descrive gran parte del modo in cui le persone maneggiano davvero gli oggetti.

Applicazioni principali

Prelievo di oggetti sottili o piatti da tavoli e contenitori
Riorientamento di pezzi per l'assemblaggio con attrezzature di fissaggio
Riafferraggio in mano con pinze semplici
Rotazione e riposizionamento di utensili
Bin picking nella logistica

In pratica

Un team di magazzino deve prelevare articoli sottili e piatti, come libri appoggiati di piatto in un contenitore, sotto cui le dita della pinza non riescono a infilarsi. La strategia è premere l'articolo verso il basso con un dito, farlo scorrere contro la parete del contenitore finché il bordo opposto non si solleva, poi afferrare il bordo sollevato. Il braccio lavora in controllo di impedenza perché la forza verso il basso resti entro un intervallo stabilito durante lo scorrimento. L'approccio funziona solo se l'attrito tra il polpastrello e l'articolo supera l'attrito tra l'articolo e il fondo del contenitore; altrimenti il dito slitta sull'articolo. La maggior parte dei guasti che il team osserva deriva da questo, quindi sceglie un polpastrello ad alto attrito e rileva lo slittamento dalle letture di forza del braccio.

Idee sbagliate comuni

La manipolazione destra richiede una mano a più dita — molte manipolazioni in mano si possono fare con una pinza parallela sfruttando l'ambiente
Il contatto con l'ambiente va sempre evitato — la pianificazione senza collisioni lo tratta come un fallimento, ma un contatto deliberato e controllato è spesso la via più semplice verso una nuova presa
La destrezza estrinseca è solo spingere — comprende anche l'uso della gravità, movimenti dinamici del braccio e il posare un oggetto per riafferrarlo

Chi dovrebbe saperlo

Ricercatori di manipolazione e presa
Ingegneri dell'automazione di magazzino e logistica
Progettisti di pinze
Ingegneri dell'automazione dell'assemblaggio

Tecnologie correlate

Pinze a ganasce parallele (Parallel-Jaw Grippers)
Controllo di impedenza (Impedance Control)
Modelli di spinta quasi-statici (Quasi-Static Pushing Models)
Pianificazione a contatto implicito (Contact-Implicit Planning)
Polpastrelli cedevoli (Compliant Fingertips)

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