Optimal Whole Body Trajectory Planning for Mobile Manipulators in Planetary Exploration and Construction

要約

宇宙ロボット工学は、エネルギーと計算リソースの制限、環境と使用されるプラットフォームの複雑さから生じる独特の課題を引き起こします。
コントロールセンターでは、システムの制約を考慮して最適化された軌道を計算する上で、オフライン動作計画が基礎となります。
スムーズな動き、衝突や禁止区域の回避、ターゲットの視認性、エネルギー消費などはすべて、実現可能で最適な計画を立てるために考慮すべき重要な要素です。
モバイルマニピュレーター (地上、空中) を使用する場合、ベースとアームの動きが別々に計画されることが多く、最終的には次善のソリューションが得られます。
私たちは、離散動的計画法 (DDP) と最適補間に基づいた最適な全身プランナー (OptiWB) を提案します。
運動学的冗長性は、衝突や禁止領域を回避し、ターゲットの照明と車載カメラからの視認性を向上させるために利用されます。
ROS (ロボット オペレーティング システム) で実装されたこのプランナーは、惑星探査地上ミッションをサポートするために欧州宇宙機関 (ESA) のいくつかのプログラムで使用されているミッション プランナーである 3DROCS と、ExoMars 探査機の計画ソフトウェアの一部とのインターフェースをとります。
提案されたアプローチは、ESA の Analog-1 Interact 探査機の簡易版、つまり 4 輪の非ホロノミック プラットフォームに取り付けられた 7 自由度のロボット アームで実行されます。

要約(オリジナル)

Space robotics poses unique challenges arising from the limitation of energy and computational resources, and the complexity of the environment and employed platforms. At the control center, offline motion planning is fundamental in the computation of optimized trajectories accounting for the system’s constraints. Smooth movements, collision and forbidden areas avoidance, target visibility and energy consumption are all important factors to consider to be able to generate feasible and optimal plans. When mobile manipulators (terrestrial, aerial) are employed, the base and the arm movements are often separately planned, ultimately resulting in sub-optimal solutions. We propose an Optimal Whole Body Planner (OptiWB) based on Discrete Dynamic Programming (DDP) and optimal interpolation. Kinematic redundancy is exploited for collision and forbidden areas avoidance, and to improve target illumination and visibility from onboard cameras. The planner, implemented in ROS (Robot Operating System), interfaces 3DROCS, a mission planner used in several programs of the European Space Agency (ESA) to support planetary exploration surface missions and part of the ExoMars Rover’s planning software. The proposed approach is exercised on a simplified version of the Analog-1 Interact rover by ESA, a 7-DOFs robotic arm mounted on a four wheels non-holonomic platform.

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