微分可能な転がりと幾何制約を用いた軌道最適化による多指マニピュレーション
Multi-finger Manipulation via Trajectory Optimization with Differentiable Rolling and Geometric Constraints
物体のSDFとサンプリングを組み合わせ、指の転がりと接触を微分可能に扱う軌道最適化手法を提案し、ネジ回しやハンド内回転などの多指タスクで性能を向上させ、実機にも適用した。
著者: Fan Yang, Thomas Power, Sergio Aguilera Marinovic, Soshi Iba, Rana Soltani Zarrin, Dmitry Berenson
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Parameterizing finger rolling and finger-object contacts in a differentiable manner is important for formulating dexterous manipulation as a trajectory optimization problem. In contrast to previous methods which often assume simplified geometries of the robot and object or do not explicitly model finger rolling, we propose a method to further extend the capabilities of dexterous manipulation by accounting for non-trivial geometries of both the robot and the object. By integrating the object's Signed Distance Field (SDF) with a sampling method, our method estimates contact and rolling-related variables in a differentiable manner and includes those in a trajectory optimization framework. This formulation naturally allows for the emergence of finger-rolling behaviors, enabling the robot to locally adjust the contact points. To evaluate our method, we introduce a benchmark featuring challenging multi-finger dexterous manipulation tasks, such as screwdriver turning and in-hand reorientation. Our method outperforms baselines in terms of achieving desired object configurations and avoiding dropping the object. We also successfully apply our method to a real-world screwdriver turning task and a cuboid alignment task, demonstrating its robustness to the sim2real gap.
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