This thesis presents methods and tools for robotic grasping. The application in mind is service robots for a home environment, although the work also has applications in other areas. Service robots must be capable of manipulation, i.e. able to move objects from one place to another, in order to be truly useful.

There are many important technologies that all need to function together to enable robotic grasping. The robot must be mobile, have a robot arm, be able to navigate, and be equipped with vision and/or other sensor modalities. To be able to exploit all these features, the robot must be able to use its skills in an intelligent and safe manner even if its surroundings change over time. It must be able to create a representation of the world, reason about what to do, and be able to control its body so that the desired task can be performed. The focus of this thesis is the end-effector — the robot hand — and its control.

An intuitive formulation of a hybrid force/position grasp controller is proposed. The method is applied to three different robot hands in simulation and to one robot hand for real life experiments. Dynamic simulation using a modified version of the grasp simulator Grasp-It! is shown to be useful in the development of control algorithms and robot hardware. The simulator is also used to establish the required accuracy for object position that ensures that an adequate grasp is reached. It is also shown that simulation in combination with heuristics (rules) can be used to choose the most suitable grasp among certain candidate grasps.

The design of an under-actuated low-cost robot hand capable of hybrid force/control grasping is presented and its performance evaluated.

The results are discussed and related to the state of the art, the grasping problem, and common issues within mobile manipulation. The conclusion is that for several manipulation tasks that may occur in a home environment, an intuitive control formulation and low-cost hardware can offer secure force-controlled grasping. Using simulation of hybrid force/position control, it is possible to establish task and system requirements that ensure that an adequate grasp is achieved.

Denna avhandling handlar om servicerobotar och deras gripförmåga. För att göra nytta i en hemmiljö måste robotar kunna flytta på saker från en plats till en annan. I detta arbete har metoder och verktyg för att greppa och hålla objekt utvecklats och testats.

För att en robot ska kunna greppa och manipulera objekt måste teknik från flera områden kombineras. Roboten måste kunna röra på sig, ha minst en arm, kunna navigera samt hitta runt. Den ska även kunna urskilja objekt och vara utrustad med syn, känsel och eventuellt andra sinnen. För att kunna använda dessa sinnen krävs att roboten kan fatta “intelligenta” beslut, skapa sig en världsuppfattning och röra sig kontrollerat. Roboten måste kunna göra allt detta i en föränderlig och ömtålig miljö. Denna avhandling fokuserar på en del av allt det som krävs, nämligen den del som handlar om robothänder och dess styrning.

En metod har utvecklats för att utveckla kraftstyrd reglering av robothänder. Metoden har testats på tre olika robothänder i simulering och på en robothand i verkliga experiment.

Simulatorn GraspIt! är sedan tidigare utvecklad för att simulera gripprocessen. Simulatorn har i detta arbete modifierats för att kunna användas både till att utveckla styrning och maskinvara. För att nå ett bra grepp om objekt måste man med viss noggrannhet veta var objektet finns. Simuleringsmiljön möjliggör till exempel kvantifiering av de krav som ställs på denna noggrannhet. Simuleringar kan även användas för att välja det bästa av många olika alternativa grepp.

En robothand med fler frihetsgrader än ställdon har utvecklats. Handenär utvecklad för att visa att det på ett kostnadseffektivt sätt går att utföra de kraftstyrda grepp som behövs för att kunna greppa föremål som vanligen förekommer i ett hem.

Resultaten diskuteras och relateras till de senaste rönen inom området. Slutsatsen är att man med en intuitiv reglerformulering och relativt enkel maskinvara kan utföra många av de uppgifter som en servicerobot kan tänkas ställas inför. Genom att simulera kraft- och positionsreglering är det möjligt att ställa krav både på uppgifter och på själva robotsystemet.