論文英文題目：Design of a Novel Gripper System with 3D- and Inkjet-printed Multimodal Sensors for Automated Grasping of a Forestry Robot
論文中譯題目：基於3D和噴墨打印多模式傳感器的林業機器人的自動抓取系統設計
來源：機器人領域頂級會議-The 2019 IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems （IROS 2019）
作者：Lisa-Marie Faller, Christian Stetco and Hubert Zangl
編譯：張雨菡，劉博藝、雲機器人組
英文摘要：
Future industrial robotic systems increasingly rely on automation of dangerous and tedious tasks. The acquisition of diverse and partially redundant information using reliable and rugged multimodal sensors helps to improve the safety an dependability of such systems. In this paper we propose proximity sensors suitable for the integration into the gripper of a forestry robot. The suggested sensors are complementary to vision based data acquisition as it can in particular provide information on objects close to the gripper that could otherwise not be obtained due to occlusion and missing direct line of sight. We present the design, fabrication and evaluation of 3D- and inkjet-printed capacitive sensors for grasping applications in harsh industrial environment, especially forestry robotics. The sensor elements have been developed along with a complete gripper re-design. The suggested fabrication strategy allows retrofitting of various industry components and reduced maintenance and costs as well as application-specific design and optimization and are also suitable for wireless operation. The developed gripper allows the support of grasping tasks by providing proximity and contact information.
中譯摘要：
未來執行危險和繁瑣任務的的工業機器人系統越來越依賴於自動化。使用可靠且堅固的多模式傳感器，獲取多樣且部分冗餘的信息有助於提高此類系統的安全性和可靠性。在本文中，我們提出了適合集成到林業機器人的抓取器中的接近傳感器。文中所建議的傳感器是對基於視覺的數據採集的補充，特別是因為它可以提供關於靠近抓取器的物體的信息，否則會由於遮擋和缺少直接視線而不能獲得這些信息。我們介紹3D和噴墨打印電容式傳感器的設計、製造和評估，用於在惡劣的工業環境中，尤其是林業機器人中的抓取應用。傳感器元件隨著完整的夾爪重新設計而開發。建議的製造策略是允許對各種工業部件進行改裝，降低維護和成本，以及針對特定應用的設計和優化，並且也適用於無線操作。開發的抓取器通過提供接近和聯繫信息來支持抓取任務。
核心內容：
圖1:在V-REP中實現的動態仿真模型(左)、夾具設計(右下)和夾具原型的照片，包括用於物理實驗的傳感器元件和
圖2:鋸木廠交貨時相應的液壓林業起重機的照片。
圖3:大梁的設計。
圖4:單端電容測量原理。
四個梁中的每個都裝有六個電容傳感器，這些傳感器沿零件的曲率等間距分佈。大梁(圖3)本身由四個基礎部分構成，主體(圖3:橙色部分)，主體(圖3:橙色部分)、兩個互鎖的橙色嵌體(圖3:分別作為灰色部分和組裝成三角形部分)和一個蓋子(圖3:綠色部分)。嵌體和蓋子可以拆下，以便接近電子設備和傳感器，並在出現故障或損壞時保持可更換。嵌體中的間隙是圓錐形的，以便將傳感器相應地固定在內部。間隙後面是通孔，該通孔允許將電容傳感器的傳感和防護層電連接到相應的電子器件。
圖5:由傳感器頂部和傳感器基部組成的傳感器的結構。導電層和導電粘合劑都再次被絕緣體覆蓋，以避免電短缺，最後一層未在圖中示出。
圖6: (a)根據距離數據計算電容值的設置示意圖。（b）使用二次插值的2D有限元重建模型。
圖6: 紅色點對應於視覺再現中基於射線的接近傳感器。右邊的紅線是感應電極。藍色區域對應空氣的介電常數值，即εr，空氣= 1 F/m，而黃色區域對應木材的典型介電常數值，即εr，木材≈24F/m。紅色虛線顯示對數的真實位置，而黃色區域顯示插值的介電常數值。
圖7:評估電容傳感器的實驗裝置。
圖8:不同日誌的電容值，每個日誌的10次測量和實時模擬結果的平均值。該特性隨物體的尺寸和形狀、材料屬性以及相對於傳感器的實際對準而變化。所示結果適用於比例實驗室模型。
圖9:抓取期間電容測量的評估。
圖10:對於(a)直徑為d3的大對數，(b)直徑為d2的中對數，以及(c)直徑為d1的小對數，測量的電容值(頂部)和導出的電容變化值。測量的電容值用藍色表示，而擬合的理論曲線用紅色表示。
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