Constrained Nonlinear Kaczmarz Projection on Intersections of Manifolds for Coordinated Multi-Robot Mobile Manipulation

要約

協調操作タスクは、モバイル マニピュレータにさまざまな構造、タスク、およびロボット固有の制約を課します。
しかし、現在の手法では、これらの無数の制約を同時にモデル化して解決するのが困難です。
我々は 2 つの解決策を提案します。まず、同時解決に適した多様体のファミリーとして制約をモデル化します。
次に、制約を満たす解を生成するために、制約付き非線形 Kaczmarz (cNKZ) 射影手法を導入します。
実験では、cNKZ が、まったく解決策を見つけることができないベースラインのアプローチよりも劇的に優れていることが示されています。
cNKZ をサンプリングベースの動作計画アルゴリズムと統合して、3 ～ 6 台のモバイル マニピュレータ (18 ～ 36 DoF) の複雑な調整された動作を生成します。cNKZ は最大 80 の非線形制約を同時に解決し、最大 92% の成功率を達成します。
雑然とした環境。
また、OpenMANIPULATOR-X アームを備えた 3 台の Turtlebot3 Waffle Pi ロボットを使用して、ハードウェアに関するアプローチを実証します。

要約(オリジナル)

Cooperative manipulation tasks impose various structure-, task-, and robot-specific constraints on mobile manipulators. However, current methods struggle to model and solve these myriad constraints simultaneously. We propose a twofold solution: first, we model constraints as a family of manifolds amenable to simultaneous solving. Second, we introduce the constrained nonlinear Kaczmarz (cNKZ) projection technique to produce constraint-satisfying solutions. Experiments show that cNKZ dramatically outperforms baseline approaches, which cannot find solutions at all. We integrate cNKZ with a sampling-based motion planning algorithm to generate complex, coordinated motions for 3 to 6 mobile manipulators (18–36 DoF), with cNKZ solving up to 80 nonlinear constraints simultaneously and achieving up to a 92% success rate in cluttered environments. We also demonstrate our approach on hardware using three Turtlebot3 Waffle Pi robots with OpenMANIPULATOR-X arms.

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