Extrinsic dexterity

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

Manipular um objeto segurado na mão usando recursos externos à mão, como o contato com o ambiente, a gravidade ou o movimento do braço, para fazer o que os dedos sozinhos não conseguem.

Definição

Destreza extrínseca (extrinsic dexterity) é a capacidade de um robô de reposicionar ou reorientar um objeto que está segurando, ou de levá-lo a uma pose em que possa ser agarrado, usando forças externas à mão: o contato com uma mesa, uma parede ou um dispositivo de fixação, a gravidade ou a inércia produzida ao acelerar o braço. O termo foi introduzido por Nikhil Chavan-Dafle, Alberto Rodriguez e colegas em 2014 para descrever como uma garra simples com poucos dedos atuados ainda consegue realizar manipulação na mão empurrando o objeto segurado contra o ambiente. Ela contrasta com a destreza intrínseca, que depende dos próprios dedos atuados da mão.

As estratégias típicas incluem pivotar um objeto em torno do eixo da pegada pressionando sua borda contra uma superfície, deslizar um objeto entre os dedos empurrando-o contra uma parede, empurrar um objeto fino como um prato ou um cartão contra uma parede para que sua borda se levante da mesa e possa ser agarrada, deixar a gravidade balançar ou deslizar um objeto até uma nova pose, e repegar colocando um objeto no lugar e pegando-o de novo de outra forma. As pessoas fazem isso o tempo todo, por exemplo ao deslizar uma moeda até a borda de uma mesa para pegá-la.

Planejar essas ações é difícil porque elas são ricas em contatos: o resultado depende de quais contatos aderem ou deslizam, tanto entre o objeto e a garra quanto entre o objeto e o ambiente, e de valores de atrito incertos. As abordagens incluem a mecânica quase estática com cones de atrito e o planejamento sobre modos de contato, planejadores com contato implícito e com contato suavizado que buscam automaticamente entre sequências de contato, e políticas baseadas em aprendizado treinadas em simulação. A complacência, seja na garra ou por controle de força ou de impedância no braço, é importante na prática porque mantém as forças de contato limitadas enquanto o objeto se move contra o ambiente.

Por que importa

A maioria dos robôs na indústria usa garras simples de mandíbulas paralelas ou de sucção. A destreza extrínseca amplia o que essas garras conseguem fazer sem mãos mais complexas, e descreve boa parte de como as pessoas realmente manuseiam objetos.

Principais aplicações

Pegar objetos finos ou planos de mesas e caixas
Reorientar peças para montagem usando dispositivos de fixação
Repegada na mão com garras simples
Pivotar e reposicionar ferramentas
Bin picking em logística

Na prática

Uma equipe de armazém precisa pegar itens finos e planos, como livros deitados em uma caixa, sob os quais os dedos da garra não conseguem entrar. A estratégia é pressionar o item para baixo com um dedo, deslizá-lo contra a parede da caixa até que sua borda oposta se incline para cima e então agarrar a borda levantada. O braço opera em controle de impedância para que a força para baixo fique dentro de uma faixa definida durante o deslizamento. A abordagem só funciona se o atrito entre a almofada do dedo e o item for maior que o atrito entre o item e o fundo da caixa; caso contrário, o dedo desliza sobre o item. A maioria das falhas que a equipe vê vem disso, por isso ela escolhe uma almofada de dedo de alto atrito e detecta o deslizamento pelas leituras de força do braço.

Equívocos comuns

A manipulação destra exige uma mão com vários dedos — muitas manipulações na mão podem ser feitas com uma garra paralela usando o ambiente
O contato com o ambiente deve sempre ser evitado — o planejamento livre de colisões o trata como falha, mas o contato deliberado e controlado costuma ser o caminho mais simples para uma nova pegada
Destreza extrínseca é só empurrar — ela também abrange usar a gravidade, movimentos dinâmicos do braço e colocar um objeto no lugar para repegá-lo

Quem deve saber

Pesquisadores de manipulação e preensão
Engenheiros de automação de armazéns e logística
Projetistas de garras
Engenheiros de automação de montagem

Tecnologias relacionadas

Garras de mandíbulas paralelas (Parallel-Jaw Grippers)
Controle de impedância (Impedance Control)
Modelos de empurrão quase estáticos (Quasi-Static Pushing Models)
Planejamento com contato implícito (Contact-Implicit Planning)
Pontas de dedo complacentes (Compliant Fingertips)

Termos relacionados

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