식기 수거 로봇을 위한 컴플라이언트 링키지 기반의 그리퍼 해석

Abstract

저출산 및 고령화에 따른 단순직종에 대한 인력 수급 불균형으로 인해 노동 인력의 안정적인 확보가 시급하다. 물체 인식 및 파지 기술의 고도화와 높은 안정성과 신뢰성을 가진 협동로봇의 등장함에 따라 식기 수거와 같은 단순 작업에 대한 서비스 로봇의 도입을 통한 식당자동화가 필요하다. 식기 수거 작업을 위해서는 식기 수거 작업에 적합한 파지 기술이 필요한데, 기존에 연구된 다양한 그리퍼는 이러한 식기 수거 작업에 있어서 필요한 여러 요구 사항들을 모두 충족한 형태이지 못하다. 이 논문은 식기 수거를 위한 컴플라이언트 링키지 기반의 손가락 메커니즘을 가진 적응형 그리퍼를 제시한다. 제안된 그리퍼는 적응형 파지 모드와 밀기/끌기 모드인 비파지 모드의 두 가지 모드를 간의 모드 변경이 가능한 3지 병렬 그리퍼이다. 식기 수거 작업을 위해 그리퍼는 다양한 크기와 모양, 무게의 식기를 잡을 수 있어야 한다. 또한, 그리퍼는 식기를 잡기에 충분한 공간을 확보하기 위해 식기를 밀고 당길 수 있는 능력을 가져야 한다. 적응형 파지를 구현하기 위해, 기계적 컴플라이언스를 이용한 컴플라이언트 링키지 기반의 손가락 메커니즘을 설계하였다. 밀기/끌기 동작인 비파지 모드를 달성하기 위해, 기계적 스토퍼와 기계적 컴플라이언스를 통해 모드 변경 메커니즘과 손가락의 단단한 자세를 구현하였다. 제안된 그리퍼의 실현 가능성과 효용성은 그리퍼 프로토타입을 제작하여1자유도 지그형 테스트 베드와 6자유도 매니퓰레이터에 장착하여 다양한 식기에 대한 여러 파지 실험을 통해 검증할 예정이다. |The stable acquisition of labor force is urgently needed due to the imbalanced labor supply caused by low birth rates and an aging population. With the advancement of object recognition and grasping technologies, as well as the emergence of cooperative robots with high stability and reliability, the automation of tasks such as dish collection is necessary through the introduction of service robots in restaurants. For efficient dish collection, a grasping technology suitable for this task is required. However, existing research on various grippers has not fully met all the necessary requirements for dish collection tasks. This article presents an adaptive gripper with a compliant linkage-based finger mechanism for dish collecting. The proposed gripper is a mode-changeable three-fingered parallel gripper that has two modes; adaptive grasp mode and non-grasp mode (push/pull mode). For the dish collecting task, the gripper needs to be able to grasp dishes of various sizes, shapes, and weights. Also, the gripper needs to have the capability to push and pull dishes so that there is enough space for the gripper to hold the dishes. A compliant linkage-based finger mechanism using a mechanical compliance has been designed to implement the adaptive grasp. To achieve the non-grasping mode, which is a push/pull mode, a mode-changing mechanism and a rigid posture of the finger with mechanical stoppers and mechanical compliance has been developed. As a future work, the feasibility and effectiveness of the proposed gripper will be verified through several gripping experiments on various dishes on a 1-DOF jig testbed and a 6-DOF manipulator by fabricating the gripper prototype.