要約
多くのロボットアプリケーションでは、与えられた構成空間において複数の局所最適経路を計算することができることが有益である。例えば、ケーブルの長さに制約のあるテザーロボット、ケーブルを含むシステム、マルチロボットのトポロジー探索とカバー、ロボット間の協調がない移動ロボットのナビゲーションにおける混雑緩和などのパスプランニングが挙げられる。既存のパラダイムでは、基礎となる構成空間内で利用可能な異なるトポロジカルクラスから最適なパスを提供できるトポロジカルパスプランニング手法を使用しています。しかし、これらの方法は、通常、非自明かつ非普遍的な幾何学的構造を必要とし、複雑なトポロジーを持つ3次元以上の構成空間では、法外に複雑かつ高価である。さらに、トポロジカル手法は、同じトポロジカルクラスに属する局所最適経路であっても、3次元の属ゼロ障害物や高コスト・高曲率領域によって異なる経路を区別することができない。本論文では、新しい近傍強調グラフの概念を用いて、異なるトポロジークラスのパスを計算することができる探索ベースのプランニングの多クラスパス計画に対する普遍的かつ一般化されたアプローチを提案する。このアプローチは、複雑な前処理や幾何学的構造を必要とせず、より多様な構成空間において局所最適な経路を望む数だけ見つけることができる。既存の位相幾何学的手法とは異なり、得られる最適経路は異なる位相幾何学的クラスに制限されないため、局所最適経路や幾何学的に異なる経路が注目される他の多くの問題に本アルゴリズムを適用できる。提案手法の応用例として、ケーブルの長さに制約のあるテザー型ロボットの3次元航行における最短トラバーシブルパスを計画するアルゴリズムを実装し、シミュレーションと実験で検証した結果を報告する。
要約(オリジナル)
Many robotics applications benefit from being able to compute multiple locally optimal paths in a given configuration space. Examples include path planning for of tethered robots with cable-length constraints, systems involving cables, multi-robot topological exploration & coverage, and, congestion reduction for mobile robots navigation without inter-robot coordination. Existing paradigm is to use topological path planning methods that can provide optimal paths from distinct topological classes available in the underlying configuration space. However, these methods usually require non-trivial and non-universal geometrical constructions, which are prohibitively complex or expensive in 3 or higher dimensional configuration spaces with complex topology. Furthermore, topological methods are unable to distinguish between locally optimal paths that belong to the same topological class but are distinct because of genus-zero obstacles in 3D or due to high-cost or high-curvature regions. In this paper we propose an universal and generalized approach to multi-class path planning using the concept of a novel neighborhood-augmented graph, search-based planning in which can compute paths in distinct topo-geometric classes. This approach can find desired number of locally optimal paths in a wider variety of configuration spaces without requiring any complex pre-processing or geometric constructions. Unlike the existing topological methods, resulting optimal paths are not restricted to distinct topological classes, thus making the algorithm applicable to many other problems where locally optimal and geometrically distinct paths are of interest. For the demonstration of an application of the proposed approach, we implement our algorithm to planning for shortest traversible paths for a tethered robot with cable-length constraint navigating in 3D and validate it in simulations & experiments.
arxiv情報
| 著者 | Alp Sahin,Subhrajit Bhattacharya |
| 発行日 | 2023-06-01 23:33:53+00:00 |
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