Yumshoq 3D ob’ektlarni olish

Source: http://robotics.cs.iastate.edu/ResearchPickingUpSoftSolids.shtml

Robototexnika laboratoriyasi
Informatika bo’limi | Ayova shtat universiteti

Kundalik hayotda yumshoq narsalarni boshqarishda inson qo’li tajribali. Masalan, stoldan bunday narsalarni olish uchun qo’lni mahkam ushlash uchun odatda uni ikki yoki undan ortiq barmoqlar bilan siqib chiqaradi. Harakat paytida ob’ektni barqarorlashtirish va kerakli ishqalanish uchun etarlicha katta kontaktli mintaqalarni yaratish uchun stolning yordamidan foydalanish uchun siqish ba’zan pastga (stolga qarshi) tushadi. Ob’ektni siqish paytida, barmoqlarning barmoqlari uning og’irligini his qilishadi va uni qachon ko’tarish kerakligini aniqlash uchun tutqichning mustahkamligi. Liftni ishga tushirgandan so’ng, qo’lingiz mumkin bo’lgan siljishning oldini olish uchun qo’shimcha siqishni qo’llashi mumkin.

Siqish va ko’tarish harakatlaridan ilhomlanib, biz robot qo’l uchun samolyotda dam olish paytida deformatsiya qilinadigan 3D ob’ektlarni olish uchun ikkita kuchsiz yoki sezgir sezgir qobiliyatsiz ikkita barmoqni ishlatib, strategiyani taqdim etamiz. Dastlab, ikkita barmoq ob’ektning ikkita joyiga joylashtirilgan, agar ob’ekt qattiq bo’lsa, uni stol bilan aloqa qilish orqali “yopish” mumkin. Keyin barmoq uchlari stolga nisbatan bir oz pastga qarab ob’ektni siqishni boshlaydi. Kattalashib borayotgan aloqa joylari ob’ektni har qanday aylantirish yoki tarjima qilishga to’sqinlik qiladi. Har qanday ortiqcha siqishdan so’ng, “ob’ekt og’irligining qaysi qismini ko’tarish mumkin” ko’rinishida rivojlanishni baholash uchun virtual ko’tarish testi o’tkaziladi. Sinovdan o’tgandan so’ng, ob’ektni stoldan ko’tarish uchun ikkala barmoq yuqoriga qarab tarjimalarga o’tiladi.

Deformatsiya qilinadigan 3D ob’ektlarni tushunish vazifaning 2D versiyasidan bir jihatni qo’shishdan tashqari bir necha jihatlardan farq qiladi. 3D ob’ektining hajmini hisobga olgan holda, endi tortish kuchini e’tiborsiz qoldirib bo’lmaydi. Birinchidan, u tashqi yuk bo’lmasa ham, ob’ektning deformatsiyasiga ta’sir qiladi. Ikkinchidan, ob’ektni qo’llab-quvvatlovchi tekislikdan ko’tarish uchun tortishish oxir-oqibat barmoq kuchlari tomonidan muvozanatlashtirilishi kerak. Uchinchidan, tortishish kuchi, asosan, bunday ko’tarish paytida ob’ekt va barmoqlarning uchlari o’rtasida kontaktli shlaklarning paydo bo’lishiga sabab bo’ladi.

Oldingi 2D tortib olish vazifasini avvalroq ko’rib chiqqanimiz singari, biz barcha siqish va ko’tarish operatsiyalarini har bir davr ichida elementlarning diskretizatsiyasi sharoitida kontakt konfiguratsiyasi o’zgarmaydigan davrlarga ajratamiz. Bir davr mobaynida aloqa tugunlarining siljishi ma’lum yoki barmoq harakatlaridan taxmin qilinadi. Ulardan biz ob’ektning deformatsiyasini aniqlaymiz deb umid qilamiz, bu esa o’z navbatida kontakt konfiguratsiyasida keyingi davrni boshlashiga olib keladi.

Chiziqli egiluvchanlik sharoitida nol kuchlanish energiyasini keltiradigan har qanday joy almashtirish maydoni chiziq bilan tarjimalarni ifodalovchi uchta va aylanishlarni ifodalovchi yana uchta maydon bilan chegaralangan. Shundan kelib chiqqan holda, tortishish kuchi ostida belgilangan kontakt joy almashtirishlaridan qattiqning deformatsiyalangan shaklini olish uchun avval cheklangan elementlar tahlilini (FEA) amalga oshiramiz. Agar aloqa nuqtalari bir-biriga to’g’ri kelmasa, echim noyobdir. Kontaktlarning konfiguratsiyasini kuzatish uchun biz hozirgi kontaktlarning konfiguratsiyasi va barmoqning qadamli harakatlari asosida qo’shimcha deformatsiyani qayta-qayta hal qilamiz.

1. Imkoniyatlilik sinovi

Siqish chuqurligi kichik bo’lganda, barmoq uchlari va ob’ekt orasidagi aloqa joylari kichik va ob’ektni ushlab turish uchun etarli ishqalanish hosil qila olmaydi. Siqish chuqurligi oshgani sayin, barmoq uchlari ob’ektni ko’tarish mumkinligini “his qilgan” paytda siqishni to’xtatishi mumkin. Bunday “tuyg’u” ni tekshirish uchun siqishni chuqurligi oshgan sari qayta-qayta virtual ko’tarilish sinovini o’tkazamiz. Hech qanday jismoniy harakatlarsiz bunday sinov, qo’llab-quvvatlash samolyoti olib tashlanishi kerak bo’lsa, barmoqlar bilan aloqa qilish kuchlarini hozirgi chuqurlikda bashorat qiladi va natijada barmoq uchlaridan biri tushib ketishini tekshiradi.

Biz “ko’tariladigan og’irlik” tushunchasini kiritamiz. Siqish chuqurligida ko’tariladigan og’irlik ob’ektning maksimal (gipotetik) og’irligidir, agar qo’llab-quvvatlash tekisligi olib tashlangan bo’lsa, barmoq uchida siljish bo’lmaydi. Ikkala barmoq uchini siqish qanchalik og’ir bo’lsa, ular shunchalik og’irlikni ko’tarishga moyil bo’ladi. Umuman olganda, ko’tariladigan og’irlik ham monoton ravishda o’sishini kutmoqdamiz. Keyin fikr ko’tariladigan og’irlikni kuzatib borishdir, chunki siqish chuqurligi ob’ektning asl og’irligiga tenglashguncha oshadi. Og’irligi ko’tarilishi mumkin bo’lgan og’irlik ob’ektning haqiqiy vazniga yetganda yoki undan ko’p bo’lsa, yuk ko’tarish sinovi o’tkaziladi

O’ng rasmda Barret qo’lining barmoqlariga o’rnatilgan ikkita yarim sharik plastik barmoq uchlari (a) va (b) ga qarang (pomidor (a) va (b)). Ko’rib turganimizdek, nisbati (ko’tariladigan og’irlik)/(asl og’irlik) siqish chuqurligi bilan monoton ravishda oshadi. Siqish chuqurligi 0.0176 ga teng bo’lganda ob’ekt ko’tariladi. Lahzani (d) har bir barmoqda ettita va tugmachada beshta aloqa tugunlari bilan ko’rsatilgan. Jism darhol samolyotdan ko’tariladi ((e) da ko’rsatilgan).

2. Siqish va ko’tarish

Barmoqlar belgilangan tarjimalar ostida ob’ektni siqishni boshlaydilar. Jismning barmoqlari va tekisligi bilan kontaktlari o’sadi. Siqish, bir zumda ko’tarish qobiliyati sinovi o’tkazilgunga qadar yoki siqish miqdori juda katta bo’lib qolganda, ob’ektni barmoqni dastlabki joylashtirish va siqish yo’nalishlari bo’yicha olish imkonsiz deb hisoblanadi.

Barmoqlarning tarjimalari kontakt hodisalari bilan ketma-ketlikda amalga oshiriladi. Bunday to’rtta voqea mavjud: kontaktni o’rnatish (A), kontaktni uzish (B), yopish uchun slayd (C) va toymasin (D). A hodisa tugun barmoq uchiga yoki tekislikka tushganda aniqlanadi. B hodisasi, tugunning aloqa kuchi ob’ektdan tashqariga yo’naltirilganda sodir bo’ladi. C hodisasi, tugunning aloqa kuchi ishqalanish konusidan tashqarida bo’lganida sodir bo’ladi. D hodisasi ba’zi bir tugunning toymasin masofasi o’zgarishni to’xtatganda sodir bo’ladi.

Ikki voqea o’rtasida barcha toymasin tugunlarning harakatlarini kuzatib borish kerak. Agar hisoblangan aloqa kuchi ishqalanish konusidan tashqarida bo’lsa, tugun siljiydi. Bunday holda, uning toymasin yo’nalishi kontakt kuchining tangensial tarkibiy qismiga teskari. Barmoq uchida tugun siqish chuqurligidagi bitta o’sishga mos keladigan davrda katta doirada sirpaydi. Sürgülü yo’nalish aniqlanganda, barcha bunday tugunlarning toymasin masofalarida aloqa kuchlari chiziqli bo’ladi. Keyinchalik Kulonning ishqalanish qonuni homotopiyani davom ettirish usuli yordamida echib olinadigan kvadrat tenglamalar tizimiga aylantirilishi mumkin.

Yuk ko’tarish testi topshirilganda, barmoq uchlari ob’ektni yuqoriga ko’tarilgan holda ko’taradi. Yuk ko’tarish paytida samolyot bilan tugunli aloqalar birma-bir uzilib qoladi va tortishish kuchi ostida fintertips bilan ba’zi aloqalar ham buzilishi mumkin. Ammo modellashtirish, siqish usulidan farq qilmaydi. Agar bitta barmog’ingizdagi barcha tugunlar siljiydigan bo’lsa, ob’ekt barmoq ustidagi slaydni olib tashlamaydi. Aks holda, ob’ekt samolyot bilan aloqa qilishni buzganda operatsiya muvaffaqiyatli bo’ladi.

Yig’ish algoritmini tekshirish uchun biz beshta deformatsiyalanuvchi ob’ektlarni, shu jumladan yuqorida ko’rsatilgan pomidorni va boshqa to’rtta ob’ektni sinab ko’rdik: apelsin, baqlajon, bug’li bulon va o’yinchoq futboli, quyida chap jadvalda ko’rsatilgan dam olish konfiguratsiyalarida. va tetraedral bo’shliqlarda Olib tashlanadigan og’irlik ob’ektning og’irligidan oshib ketganda, barmoqlar darhol harakatni siqishdan tortib ko’tarishga o’tkazdilar. Quyidagi o’ng jadvalning birinchi qatorida mos ravishda 0.0124, 0.0071, 0.0052 va 0.0053 chuqurliklarida Barrett qo’lidan tortib olingan to’rtta ob’ekt ko’rsatilgan11. Ikkinchi qator mos keladigan simulyatsiya natijalarini ko’rsatadi.

Qo’shimcha ma’lumot uchun biz quyidagi hujjatlarga murojaat qilamiz:

Huan Lin, Feng Guo, Feifei Vang va Yan-Bin Jia. “Hissiy” tutmoq tomonidan yumshoq 3D ob’ektini terib [mavhum] (572K, 40-bet). Qabul Robototexnika tadqiqotlari xalqaro jurnali, 2014 yil.

Huan Lin, Feng Guo, Feifei Vang va Yan-Bin Jia. Ikki barmoq bilan yumshoq 3D moslamalarni yig’ishga (1049 K). Ning yuritishda IEEE Robototexnika va avtomatlashtirish bo’yicha xalqaro konferensiyasi. Iyun 5, 2014, sahifalar 3656-3661, Gongkong, Xitoy, 31 may.


Bu material tomonidan qo’llab-quvvatlanadigan ish asoslangan Milliy Ilmiy fondi Grant ostida IIS-0915876.

Ushbu materialda keltirilgan har qanday fikrlar, topilmalar, xulosalar yoki tavsiyalar muallif (lar) ga tegishli bo’lib, Milliy fan jamg’armasi nuqtai nazarini aks ettirishi shart emas.

So’nggi yangilanish 2014 yil 8-sentyabr.