Robust Nonprehensile Object Transportation with Uncertain Inertial Parameters

要約

ウェイターの問題として知られる、掴みにくい物体輸送タスクを検討します。このタスクでは、バランスの取れた物体の慣性パラメータが不確実な場合に、ロボットがトレイ上でバランスの取れた物体をある場所から別の場所に移動しなければなりません。
慣性マトリックスの不確実性を完全に無視したり、小さなパラメーター誤差のみを考慮したりする既存のアプローチとは対照的に、私たちは、処理できる慣性パラメーターの不確実性の量の限界を押し上げることに関心があります。
まず、慣性パラメータの不確実性に対してロバストなバランス制約を動作計画フレームワークに組み込んで、高速に移動しながらオブジェクトのバランスを保つ方法を示します。
次に、モーメント緩和に基づいて境界形状上で慣性パラメータを実現可能にするために必要な条件を開発します。これにより、軌道が実現可能な慣性パラメータのバランス制約に違反するかどうかを検証できるようになります。
最後に、シミュレーションと実際のハードウェア実験でモバイル マニピュレータでのアプローチを実証します。ベースライン アプローチでは、物体を輸送中に落下させる一方で、私たちが提案したロバストな制約は、高さ 56 cm の物体と現実世界の実質的な慣性パラメータの不確実性のバランスを常に保っています。

要約(オリジナル)

We consider the nonprehensile object transportation task known as the waiter’s problem – in which a robot must move an object balanced on a tray from one location to another – when the balanced object has uncertain inertial parameters. In contrast to existing approaches that completely ignore uncertainty in the inertia matrix or which only consider small parameter errors, we are interested in pushing the limits of the amount of inertial parameter uncertainty that can be handled. We first show how balancing constraints robust to inertial parameter uncertainty can be incorporated into a motion planning framework to balance objects while moving quickly. Next, we develop necessary conditions for the inertial parameters to be realizable on a bounding shape based on moment relaxations, allowing us to verify whether a trajectory will violate the balancing constraints for any realizable inertial parameters. Finally, we demonstrate our approach on a mobile manipulator in simulations and real hardware experiments: our proposed robust constraints consistently balance a 56 cm tall object with substantial inertial parameter uncertainty in the real world, while the baseline approaches drop the object while transporting it.

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