Actuation Strategies for Underactuated Hands: Better Functionality & Better Anthropomorphism

Abstract

Esta disserta¸c˜ao estuda as melhores estrat´egias de atua¸c˜ao para m˜aos rob´oticas sub atuadas, que garantam uma melhor funcionalidade e um melhor antropomorfismo. Este estudo divide-se em duas partes, a primeira parte foca a capacidade que uma m˜ao tem de agarrar diferentes objectos de diferentes formas, enquanto que a segunda se interessa mais na capacidade de uma m˜ao mimetizar movimentos de uma m˜ao humana. Neste estudo pretende-se responder `as duas seguintes quest˜oes: 1) Como ´e que a estrat´egia de atua¸c˜ao de uma m˜ao afecta a sua funcionalidade em termos de grasping? 2) Como ´e que a estrat´egia de atua¸c˜ao de uma m˜ao afecta o seu antropomorfismo em termos das traject´orias definidas pelos seus dedos? Para a primeira an´alise foram definidas duas m´etricas: A diversidade das grasps, isto ´e, considerando a maior parte das grasps executadas por uma m˜ao humana; e Funcionalidade das grasps, ou seja, considerando apenas as grasps mais usadas por humanos em tarefas di´arias. A segunda an´alise baseou-se numa m´etrica j´a existente, chamada “Grade your hand”, em que ´e calculado um “´Indice de Antropomorfismo”. Para tal, foram definidas e comparadas 16 estrat´egias de atua¸c˜ao face as m´etricas definidas. Os resultados destas an´alises podem ser uma boa orienta¸c˜ao para o design de novas vers˜oes de m˜aos sub atuadas de acordo com as suas funcionalidades em termos de grasps execut´aveis e antropomorfismo.

This work focuses on the best actuation strategies for underactuated robotic hands, for a better functionality and a better anthropomorphism. This study is divided in two parts: the first one focuses on the hands’ capability of grasping, while the second analysis gives more emphasis to the hands’ performance in terms of anthropomorphism. This study intends to answer the following two questions for the underactuated anthropomorphic robotic hands: 1) How does the actuation strategy of these hands affects their functionality in terms of grasping? 2) How the actuation strategy of these hands affects their anthropomorphism in terms of finger trajectories? For the first analysis two metrics were defined based on: Grasp Diversity, i. e., considering almost all the possible grasps by the human hand; and Grasp Functionality, i. e., only considering the highly used grasps by humans in their daily tasks. The second analysis was based on an already existing metric called ‘Grade your hand’, that calculates an “Anthropomorphism Index” for robotic hands. Then, 16 possible actuation strategies were defined and compared based on the defined metrics. Results of these analysis can be a good guideline for designing novel underactuated hands with respect to their functionality in terms of achievable grasps and their anthropomorphism.