평행 반평행사변형 구조의 텐더 구동 손목을 이용한 핸드커치프 회전 작업의 주기적 정상 상태 제어

Periodic Steady-State Control of a Handkerchief-Spinning Task Using a Parallel Anti-Parallelogram Tendon-driven Wrist

전통 중국 핸드커치프 공연과 같이 유연한 물체를 회전시키는 작업은 마찰 접촉 및 경계 조건과 함께 비선형 동역학 하에서 주기적인 정상 상태 운동을 요구합니다. 이러한 과제를 해결하기 위해, 우리는 먼저 직관적인 정교한 손목을 설계했습니다. 이 손목은 평행 반평행사변형 텐더 구동 구조를 기반으로 하며, 낮은 관성과 독립적인 롤-피치 감지를 통해 90도 전방향 회전을 가능하게 합니다. 또한, 상위-하위 계층 제어 방식을 구현했습니다. 우리는 제어에 적합한 추상화 및 전략 평가를 위해 핸드커치프의 입자-스프링 모델을 개발했습니다. 하드웨어 실험을 통해 이 프레임워크의 유효성을 검증했으며, 약 99%의 펼침률과 고속 회전 시 지표면 추적 오차 RMSE = 2.88mm를 달성했습니다. 이러한 결과는 제어에 적합한 모델링과 작업에 특화된 정교한 손목을 통합함으로써, 견고한 초기 상태-정상 상태 전환과 고도로 유연한 물체의 정밀한 주기적 조작을 가능하게 한다는 것을 보여줍니다. 추가 시각 자료: https://slowly1113.github.io/icra2026-handkerchief/

Spinning flexible objects, exemplified by traditional Chinese handkerchief performances, demands periodic steady-state motions under nonlinear dynamics with frictional contacts and boundary constraints. To address these challenges, we first design an intuitive dexterous wrist based on a parallel anti-parallelogram tendon-driven structure, which achieves 90 degrees omnidirectional rotation with low inertia and decoupled roll-pitch sensing, and implement a high-low level hierarchical control scheme. We then develop a particle-spring model of the handkerchief for control-oriented abstraction and strategy evaluation. Hardware experiments validate this framework, achieving an unfolding ratio of approximately 99% and fingertip tracking error of RMSE = 2.88 mm in high-dynamic spinning. These results demonstrate that integrating control-oriented modeling with a task-tailored dexterous wrist enables robust rest-to-steady-state transitions and precise periodic manipulation of highly flexible objects. More visualizations: https://slowly1113.github.io/icra2026-handkerchief/