Collaborative Manipulation of Deformable Objects with Predictive Obstacle Avoidance

要約

変形可能なオブジェクトの操作は、日常生活やさまざまな用途で発生します。
産業用ロボットの驚異的な進歩にもかかわらず、変形可能な物体の操作は依然としてほとんどが手作業です。
これは、内部自由度が高く、その動きの予測が複雑であるためです。
この論文では、計算効率の高い位置ベースのダイナミクス手法を適用して、オブジェクトの動きと障害物までの距離を予測します。
この距離は、1 つまたは複数のロボットの動作を調整して障害物との衝突を避けるための解決された運動運動学制御のコントロール バリア関数に組み込まれます。
このコントローラーは、シミュレーションでさまざまな数のアシスタント エージェントを使用して 1D および 2D の変形可能なオブジェクトに適用されており、さまざまなオブジェクト タイプやマルチエージェント システムにわたってその多用途性が実証されています。
結果は、障害物からの事前定義された最小距離を維持しながら、変形可能オブジェクトの過度の伸張を防止しながら、経路追跡エラーを最小限に抑える、変形可能オブジェクトのシミュレーションによるリアルタイムの衝突回避の実現可能性を示しています。
実装は ROS で実行されるため、さまざまなアプリケーションへの移植が容易になります。

要約(オリジナル)

Manipulating deformable objects arises in daily life and numerous applications. Despite phenomenal advances in industrial robotics, manipulation of deformable objects remains mostly a manual task. This is because of the high number of internal degrees of freedom and the complexity of predicting its motion. In this paper, we apply the computationally efficient position-based dynamics method to predict object motion and distance to obstacles. This distance is incorporated in a control barrier function for the resolved motion kinematic control for one or more robots to adjust their motion to avoid colliding with the obstacles. The controller has been applied in simulations to 1D and 2D deformable objects with varying numbers of assistant agents, demonstrating its versatility across different object types and multi-agent systems. Results indicate the feasibility of real-time collision avoidance through deformable object simulation, minimizing path tracking error while maintaining a predefined minimum distance from obstacles and preventing overstretching of the deformable object. The implementation is performed in ROS, allowing ready portability to different applications.

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