Optimal and Stable Multi-Layer Object Rearrangement on a Tabletop

要約

オブジェクトの再配置は、非常に多くの物理的なタスクを実行する際の基本的なサブタスクです。
したがって、再配置を効果的に実行することは、知能ロボットが習得すべき重要なスキルです。
この研究では、テーブルトップ上の多層オブジェクトの再配置 (MORT) の問題を最適に解決するための最初のアルゴリズム研究を実行します。MORT では、一度に 1 つのオブジェクトを再配置でき、他のオブジェクトが移動する場合にのみオブジェクトを移動できます。
上面を塞がないようにしてください。
さらに、再構成プロセス中の中間構造は物理的に安定している必要があります。つまり、外部サポートなしで立つ必要があります。
オブジェクト間の依存関係を解きほぐし、構造の安定性を確保するという 2 つの課題に取り組むために、最適な再配置計画の計算と構造の安定性チェックをインターリーブするアルゴリズムを開発しました。
慎重に構築された整数線形計画法 (ILP) モデルを使用する当社のアルゴリズムである安定性を考慮した整数計画ベースのプランナー (SIPP) は、60 を超えるビルディング ブロックを含む 3D 構造の複雑な再配置問題を最適に解決するために容易に拡張でき、自然なソリューションの品質を大幅に上回ります。
貪欲な最善優先アプローチ。
原稿が公開されると、ソースコードとデータが https://github.com/arc-l/mort/ で利用可能になります。

要約(オリジナル)

Object rearrangement is a fundamental sub-task in accomplishing a great many physical tasks. As such, effectively executing rearrangement is an important skill for intelligent robots to master. In this study, we conduct the first algorithmic study on optimally solving the problem of Multi-layer Object Rearrangement on a Tabletop (MORT), in which one object may be relocated at a time, and an object can only be moved if other objects do not block its top surface. In addition, any intermediate structure during the reconfiguration process must be physically stable, i.e., it should stand without external support. To tackle the dual challenges of untangling the dependencies between objects and ensuring structural stability, we develop an algorithm that interleaves the computation of the optimal rearrangement plan and structural stability checking. Using a carefully constructed integer linear programming (ILP) model, our algorithm, Stability-aware Integer Programming-based Planner (SIPP), readily scales to optimally solve complex rearrangement problems of 3D structures with over 60 building blocks, with solution quality significantly outperforming natural greedy best-first approaches. Upon the publication of the manuscript, source code and data will be available at https://github.com/arc-l/mort/

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