TSP-Bot: Robotic TSP Pen Art using High-DoF Manipulators

要約

TSPアートとは、交差のない断片的な連続線分を用いて画像を描くアートである。本論文では、複数の色を使って平面上に複雑なTSPペンアートを描くことができるロボットペン描画システムを紹介する。本システムは、まず、色付きのラスター画像を、画像の色調を表す点群に変換することから始め、点群の密度を調整することで制御することができる。次に、各ポイントを1回ずつ訪れるような区分けされた連続的な線形経路を求めますが、これは巡回セールスマン問題（TSP）を解くことに相当します。この経路は、有界近似により少ない点数で簡略化され、有界曲率のB’ezierスプライン曲線により平滑化・最適化される。本システムは、指付きグリッパーを備えた1台または2台のマニピュレーターと移動プラットフォームから構成され、数千のTSP部位からなる複雑で高度な経路をたどりながら描画作業を行うことができる。その結果、本システムは、複雑で視覚的に美しいTSPペンアートを高い精度と効率で描画することができる。また、本システムは、人間のアーティストが実現するのが非常に困難な、大きな壁面にTSPペンアートを描くことができることも実証しています。

要約(オリジナル)

TSP art is an art form for drawing an image using piecewise-continuous line segments with no crossings. This paper presents a robotic pen drawing system capable of creating complicated TSP pen art on a planar surface using multiple colors. The system begins by converting a colored raster image into a set of points that represent the image’s tone, which can be controlled by adjusting the point density. Next, the system finds a piecewise-continuous linear path that visits each point exactly once, which is equivalent to solving a Traveling Salesman Problem (TSP). The path is simplified with fewer points using bounded approximation and smoothed and optimized using B\’ezier spline curves with bounded curvature. Our robotic drawing system consisting of single or dual manipulators with fingered grippers and a mobile platform performs the drawing task by following the resulting complex and sophisticated path composed of thousands of TSP sites. As a result, our system can draw a complicated and visually-pleasing TSP pen art with high accuracy and efficiency. We also demonstrate that our system can draw TSP pen art on a large wall, which is very hard for a human artist to achieve.

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