مدل‌سازي ديناميكي لغزش در گرفتن و جابجايي اجسام توسط انگشتان نرم

Slippage Dynamic Modeling in Object Grasping and Manipulation with Soft Fingers

استفاده از انگشتان نرم باعث افزايش پايداري و چالاكي در گرفتن و جابجايي اجسام مي‌شود. اين امر به‌دليل به وجود آمدن يك سطح تماس بين انگشت و جسم است. اگرچه پديده لغزش نقش اساسي در گرفتن و جابجايي مقاوم و پايدار اجسام بازي مي‌كند، ولي در اكثر تحقيقات گذشته در زمينه انگشتان نرم، فرض بر آن است كه لغزشي بين انگشت و جسم رخ نمي‌دهد. در اين مقاله، به مدل‌سازي ديناميكي لغزش در گرفتن و جابجايي توسط انگشتان نرم پرداخته مي‌شود. به‌دليل ايجاد سطح تماس بين انگشت نرم و جسم، يك ممان اصطكاكي به همراه نيروي اصطكاكي مماسي و نيروي عمودي در سطح تماس اعمال مي‌شود. بنابراين، با استفاده از مفهوم سطح محدود اصطكاكي، يك روش جديد براي مدل‌سازي ديناميكي لغزش صفحه‌اي ارايه مي‌شود. در اين روش، روابط مساوي و نامساوي وضعيت‌هاي گوناگون تماس صفحه‌اي به يك معادله ديفرانسيل مرتبه دوم با ضرايب متغير تبديل شده كه اين ضرايب بسته به شرايط لغزش تعيين مي‌شوند. از اين نوع مدل‌سازي ديناميكي نيروهاي تماس مي‌توان براي طراحي كنترل‌كننده‌هايي جهت حذف لغزش‌هاي ناخواسته كه بين انگشت و جسم رخ مي‌دهد، استفاده كرد. اين روش براي مدل‌سازي ديناميكي و آناليز لغزش در جابجايي يك جسم صلب با استفاده از يك انگشت نرم سه‌عضوي مورد استفاده قرار گرفته شده است. همچنين، به منظور افزايش دقت مدل‌سازي ديناميكي انگشت نرم، ديناميك انتهاي نرم انگشت با ديناميك عضوهاي صلب آن تركيب شده است. رفتار ديناميكي اين سيستم در شبيه‌سازي‌هاي عددي نشان داده شده است.

Using the soft fingers increases stability and dexterity in object grasping and manipulation. This is because of the enlarged contact interface between soft fingers and object. Although slippage phenomenon has a crucial role in robust grasping and stable manipulation, in most of the previous researches in the field of finger manipulation, it is assumed that the slippage between finger and object does not occur. In this paper, slippage dynamic modeling in object grasping and manipulation using soft fingers is studied. Because of the enlarged contact interface between soft fingers and object, a frictional moment along with tangential frictional force and normal force is applied on the contact interface. Therefore, a novel method for dynamic modeling of planar slippage using the concept of Friction Limit Surface is presented. In this method, equality and inequality relations of different states of planar contact are rewritten in the form of a single second-order differential equation with variable coefficients. These coefficients are determined based on the slippage conditions. This kind of dynamic modeling of contact forces can be used for designing the controllers to prevent the undesired slippage. The method is used in study of slippage analysis of a three-link soft finger manipulating a rigid object on a horizontal surface. In order to increase the accuracy of dynamic modeling of soft finger, dynamics of soft tip is integrated with the dynamic of finger linkage. Dynamic behavior of this system is shown in the numerical simulations.