Antipodal Grasp

Também chamado: antipodal point grasp
Categoria: Planning & manipulation › Manipulation
Tags: grasping, parallel-jaw, point-clouds, manipulation, contact

Uma preensão de dois contatos em que a linha que une os contatos fica dentro do cone de atrito em cada contato, de modo que os dedos podem apertar o objeto sem deslizar.

Definição

Uma preensão antipodal (antipodal grasp) coloca dois contatos em lados opostos de um objeto de modo que a linha entre eles fique alinhada com as normais de superfície nos dois pontos. No sentido geométrico estrito, as duas normais apontam exatamente uma para a outra ao longo dessa linha. Com atrito, a condição se relaxa: a preensão é antipodal quando a linha que une os contatos fica dentro do cone de atrito em cada contato, o que significa que a força de aperto pode ser transmitida sem que nenhum dos dedos deslize. Esse é o formato de preensão que uma garra de mandíbulas paralelas faz, e é por isso que o termo é tão comum no trabalho prático com preensão.

Para objetos planos, uma preensão antipodal com atrito tem fechamento de força: ela consegue resistir a qualquer perturbação no plano, dado aperto suficiente. Em 3D, o quadro é menos completo. Dois contatos pontuais não conseguem resistir a torque em torno do eixo entre eles, então uma preensão antipodal real também depende do atrito torcional das áreas de contato finitas das almofadas de borracha ou macias dos dedos. A gravidade agindo sobre um objeto segurado longe do seu centro de massa cria exatamente esse torque, por isso objetos longos agarrados por uma ponta podem girar e sair de uma preensão antipodal que, fora isso, é sólida.

A antipodalidade é barata de verificar, o que a torna uma ferramenta de uso constante na amostragem e na rotulagem de preensões. Dada uma nuvem de pontos com normais estimadas, um amostrador pode propor uma pose da garra, encontrar os pontos que seriam tocados por cada mandíbula e testar se suas normais estão dentro de um ângulo de cone de atrito em relação à direção de fechamento. Grasp Pose Detection e Dex-Net usam esse tipo de verificação geométrica para gerar ou pontuar grandes quantidades de preensões candidatas, e redes de preensão aprendidas costumam ser treinadas com rótulos produzidos dessa forma.

Por que importa

A maioria das garras robóticas em uso é de mandíbulas paralelas, e uma verificação antipodal é o teste geométrico mais simples de se uma garra assim vai segurar um objeto. Ela transforma o planejamento de preensão sobre nuvens de pontos brutas em um problema de amostragem rápido e fornece rótulos para detectores de preensão aprendidos.

Principais aplicações

Amostragem de preensões para garras de mandíbulas paralelas sobre nuvens de pontos
Geração de rótulos de treinamento para detectores de preensão aprendidos
Bin picking e separação de pedidos em armazéns
Filtragem de preensões candidatas antes do planejamento de movimento
Avaliação comparativa da qualidade de preensão em simulação

Na prática

Uma célula de bin picking usa uma câmera no punho para capturar uma nuvem de pontos de peças misturadas. O módulo de preensão estima as normais de superfície e depois amostra poses da garra cujo eixo de fechamento está aproximadamente alinhado com as normais locais. Para cada pose, verifica se o corpo da garra não colide com a nuvem, encontra os pontos entre as mandíbulas e aceita a preensão se os pontos dos dois lados tiverem normais a no máximo cerca de 15 a 20 graus da direção de fechamento, uma margem escolhida abaixo do ângulo do cone de atrito das almofadas de borracha dos dedos. As preensões aceitas são ordenadas por uma pontuação aprendida e por quão perto o centro das mandíbulas está do centroide estimado da peça, o que reduz a rotação causada pelo torque da gravidade em torno do eixo das mandíbulas.

Equívocos comuns

Antipodal significa que as normais devem ser exatamente opostas — com atrito, a linha entre os contatos só precisa ficar dentro dos dois cones de atrito
Uma preensão antipodal tem fechamento de força em 3D — dois contatos pontuais deixam a rotação em torno do eixo das mandíbulas sem resistência, então o atrito torcional das almofadas também é necessário
Passar na verificação antipodal garante uma coleta bem-sucedida — distribuição de massa, colisões, ruído na estimativa de normais e deformação do objeto ainda podem causar falhas

Quem deve saber

Engenheiros que constroem sistemas de pick-and-place e bin picking
Pesquisadores de detecção e aprendizado de preensão
Projetistas de garras e de almofadas de dedos
Estudantes de robótica que estudam a mecânica da preensão

Tecnologias relacionadas

Garra de mandíbulas paralelas (Parallel-Jaw Gripper)
Grasp Pose Detection (GPD)
Dex-Net
Estimativa de normais de superfície (Surface Normal Estimation)
Point Cloud Library

Termos relacionados

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