Obstacle- and Occlusion-Responsive Visual Tracking Control for Redundant Manipulators using Reachability Measure

要約

マニピュレータに取り付けられたビジョン システムは、障害物を効果的に処理しながら移動するターゲット オブジェクトを追跡することに優れており、カメラの限られた視野や遮蔽された視線から生じる制限を克服します。
一方、マニピュレータは、運動学的制約による動作の制限や外部障害物との衝突のリスクなど、特定の課題に直面する可能性があります。
これらの課題は通常、複数のタスク目標をマニピュレータに割り当てることで解決されます。
ただし、これを行うと、マニピュレータが運動学的限界まで駆動されるリスクが増大し、オブジェクトの追跡や障害物の回避に失敗する可能性があります。
この問題に対処するために、到達可能性の尺度を介して運動学的制約を考慮に入れる、冗長マニピュレータ用の新しい視覚追跡制御方法を提案します。
私たちの方法では、オブジェクト追跡、オクルージョン回避、衝突回避、および到達可能性の尺度によって表される運動学的制約を考慮した最適化ベースのコントローラーを採用しています。
その後、動的障害物回避と関節構成の連続性を考慮して、リアルタイムの逆運動学を通じて適切な関節構成を決定します。
私たちのアプローチを検証するために、移動ターゲットと動的障害物を含むシミュレーションとハードウェア実験を実施しました。
私たちの評価結果は、到達可能性の尺度を組み込むことの重要性を浮き彫りにしています。

要約(オリジナル)

A vision system attached to a manipulator excels at tracing a moving target object while effectively handling obstacles, overcoming limitations arising from the camera’s confined field of view and occluded line of sight. Meanwhile, the manipulator may encounter certain challenges, including restricted motion due to kinematic constraints and the risk of colliding with external obstacles. These challenges are typically addressed by assigning multiple task objectives to the manipulator. However, doing so can cause an increased risk of driving the manipulator to its kinematic limits, leading to failures in object tracking or obstacle avoidance. To address this issue, we propose a novel visual tracking control method for a redundant manipulator that takes the kinematic constraints into account via a reachability measure. Our method employs an optimization-based controller that considers object tracking, occlusion avoidance, collision avoidance, and the kinematic constraints represented by the reachability measure. Subsequently, it determines a suitable joint configuration through real-time inverse kinematics, accounting for dynamic obstacle avoidance and the continuity of joint configurations. To validate our approach, we conducted simulations and hardware experiments involving a moving target and dynamic obstacles. The results of our evaluations highlight the significance of incorporating the reachability measure.

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