Digital Twin System for Home Service Robot Based on Motion Simulation

要約

ホームサービスロボットのタスク実行能力を向上させ、純粋に物理的なロボットプラットフォームが環境を感知してオンラインで意思決定できないという問題に対処するために、モーションシミュレーションに基づいてホームサービスロボットのデジタルツインシステムを構築する方法を提案します
。
ホームサービスロボットとその作業環境の信頼できるマッピングは、物理空間からデジタル空間まで、幾何学的、物理的、機能的な 3 次元で実現されます。
このシステムでは、デジタル空間指向の URDF ファイル パーサーが設計され、ロボットの幾何学的モデルの自動構築のために実装されています。
次に、ロボットの運動学方程式から物理モデルが構築され、逆運動学的な解決策として改良された粒子群最適化アルゴリズムが提案されます。
さらに、家庭環境に適応するために、機能的属性を使用して家庭用オブジェクトを記述し、実際の家庭環境に対するデジタル空間の意味論的記述を改善します。
最後に、幾何学モデルの一貫性検証、物理モデルの妥当性検証、および仮想現実の一貫性検証を通じて、この論文で設計されたデジタルツインシステムがロボットの幾何学モデルを正確かつ完全に構築し、家庭用オブジェクトの操作を正常に完了し、
デジタルツインシステムは効果的かつ実用的です。

要約(オリジナル)

In order to improve the task execution capability of home service robot, and to cope with the problem that purely physical robot platforms cannot sense the environment and make decisions online, a method for building digital twin system for home service robot based on motion simulation is proposed. A reliable mapping of the home service robot and its working environment from physical space to digital space is achieved in three dimensions: geometric, physical and functional. In this system, a digital space-oriented URDF file parser is designed and implemented for the automatic construction of the robot geometric model. Next, the physical model is constructed from the kinematic equations of the robot and an improved particle swarm optimization algorithm is proposed for the inverse kinematic solution. In addition, to adapt to the home environment, functional attributes are used to describe household objects, thus improving the semantic description of the digital space for the real home environment. Finally, through geometric model consistency verification, physical model validity verification and virtual-reality consistency verification, it shows that the digital twin system designed in this paper can construct the robot geometric model accurately and completely, complete the operation of household objects successfully, and the digital twin system is effective and practical.

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