Preprocessing-based Kinodynamic Motion Planning Framework for Intercepting Projectiles using a Robot Manipulator

要約

私たちはロボットを使ったスポーツの研究に興味があり、シールドを備えたロボットマニピュレーターに向かって移動する発射体を迎撃する問題から始めます。
このタスクを正常に実行するには、ロボットは、(i) 飛来する発射体を検出し、(ii) 発射体の将来の動きを予測し、(iii) 障害物を回避して発射体を迎撃できる最短時間の高速軌道を計画し、(iv)
計画した軌道を実行します。
発射体をうまく迎撃するには、これら 4 つのステップをマニピュレータの動的制限と極端な時間制約 (この設定では <350ms) の下で実行する必要があります。 さらに、ロボットの関節トルクとロボットが取り付けられているプラ​​ットフォームへの衝撃を軽減するために、これらの軌道を滑らかにする必要があります。 この目的を達成するために、オフラインで滑らかな軌道を前処理して、オンラインで衝突のないリアルタイムの実行を可能にする、運動力学的運動計画フレームワークを提案します。 認識、予測、実行モジュールを含む計画フレームワークとともにエンドツーエンドのパイプラインを提供します。 シミュレーションでフレームワークを実験的に評価し、ベースラインよりもブロック成功率が高いことを示しました。 さらに、産業用アーム (ABB IRB-1600) とオンボード ステレオ カメラ (ZED 2i) で構成されるロボット システムにパイプラインを展開し、発射体迎撃で 78% の成功率を達成しています。

要約(オリジナル)

We are interested in studying sports with robots and starting with the problem of intercepting a projectile moving toward a robot manipulator equipped with a shield. To successfully perform this task, the robot needs to (i) detect the incoming projectile, (ii) predict the projectile’s future motion, (iii) plan a minimum-time rapid trajectory that can evade obstacles and intercept the projectile, and (iv) execute the planned trajectory. These four steps must be performed under the manipulator’s dynamic limits and extreme time constraints (<350ms in our setting) to successfully intercept the projectile. In addition, we want these trajectories to be smooth to reduce the robot's joint torques and the impulse on the platform on which it is mounted. To this end, we propose a kinodynamic motion planning framework that preprocesses smooth trajectories offline to allow real-time collision-free executions online. We present an end-to-end pipeline along with our planning framework, including perception, prediction, and execution modules. We evaluate our framework experimentally in simulation and show that it has a higher blocking success rate than the baselines. Further, we deploy our pipeline on a robotic system comprising an industrial arm (ABB IRB-1600) and an onboard stereo camera (ZED 2i), which achieves a 78% success rate in projectile interceptions.

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