Robo-centric ESDF: A Fast and Accurate Whole-body Collision Evaluation Tool for Any-shape Robotic Planning

要約

移動ロボットが複雑な環境下を柔軟に移動できるようにするため、全身衝突評価への注目が高まっています。
既存の作業のほとんどは、コリドー生成に厳しい要件を課す保守的なコリドーベースの方法、または高い計算オーバーヘッドを伴う ESDF ベースの方法を選択しています。
高速かつ正確な全身衝突評価を達成することは依然として大きな課題です。
本稿では、ロボット本体フレームにあらかじめ組み込まれ、非凸形状であってもあらゆる形状の移動ロボットにシームレスに適用できるロボセントリック ESDF (RC-ESDF) を提案します。
RC-ESDF は、全身の安全制約に十分な最小限の情報のみを保持する遅延衝突評価を利用し、軌道の最適化を大幅に高速化します。
RC-ESDF が提供する解析勾配に基づいて、全身の安全性、滑らかさ、力学的実現可能性を考慮して、ロボットの位置と回転を共同で最適化します。
広範なシミュレーションと現実世界での実験により、私たちの方法の信頼性と一般化可能性が検証されました。

要約(オリジナル)

For letting mobile robots travel flexibly through complicated environments, increasing attention has been paid to the whole-body collision evaluation. Most existing works either opt for the conservative corridor-based methods that impose strict requirements on the corridor generation, or ESDF-based methods that suffer from high computational overhead. It is still a great challenge to achieve fast and accurate whole-body collision evaluation. In this paper, we propose a Robo-centric ESDF (RC-ESDF) that is pre-built in the robot body frame and is capable of seamlessly applied to any-shape mobile robots, even for those with non-convex shapes. RC-ESDF enjoys lazy collision evaluation, which retains only the minimum information sufficient for whole-body safety constraint and significantly speeds up trajectory optimization. Based on the analytical gradients provided by RC-ESDF, we optimize the position and rotation of robot jointly, with whole-body safety, smoothness, and dynamical feasibility taken into account. Extensive simulation and real-world experiments verified the reliability and generalizability of our method.

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