Serving Time: Real-Time, Safe Motion Planning and Control for Manipulation of Unsecured Objects

要約

産業分野からよりユビキタスなアプリケーションへのロボットシステムの迅速な移行を確実にするための重要な課題は、人間のすぐ近くにいる間でも安全な動作を保証できるアルゴリズムの開発です。
たとえば、動作計画および制御方法は、任意の環境およびモデルの不確実性が存在する中でリアルタイムに動作しながら、安全性を認証できなければなりません。
この論文は、任意の環境で安全でないオブジェクトを操作するシリアル リンク マニピュレータ用の、証明された安全な動作計画および制御フレームワークである、到達可能性を使用した慣性輸送用レンチ解析 (WAITR) を提案します。
WAITR は到達可能性解析を使用して、固定されていないオブジェクトに適用されるコンタクト レンチの過近似を構築します。これにより、マニピュレータのダイナミクス、オブジェクトのダイナミクス、および摩擦係数などの接触パラメータの不確実性が捕捉されます。
リアルタイムで解決して、安全でないオブジェクトを操作するための安全性が証明されたモーションを生成できる最適化問題の定式化が提示されます。
この論文では、WAITR がさまざまなシミュレーション実験において最先端の手法を上回るパフォーマンスを示し、現実世界でそのパフォーマンスを実証しています。

要約(オリジナル)

A key challenge to ensuring the rapid transition of robotic systems from the industrial sector to more ubiquitous applications is the development of algorithms that can guarantee safe operation while in close proximity to humans. Motion planning and control methods, for instance, must be able to certify safety while operating in real-time in arbitrary environments and in the presence of model uncertainty. This paper proposes Wrench Analysis for Inertial Transport using Reachability (WAITR), a certifiably safe motion planning and control framework for serial link manipulators that manipulate unsecured objects in arbitrary environments. WAITR uses reachability analysis to construct over-approximations of the contact wrench applied to unsecured objects, which captures uncertainty in the manipulator dynamics, the object dynamics, and contact parameters such as the coefficient of friction. An optimization problem formulation is presented that can be solved in real-time to generate provably-safe motions for manipulating the unsecured objects. This paper illustrates that WAITR outperforms state of the art methods in a variety of simulation experiments and demonstrates its performance in the real-world.

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