Explicit Contact Optimization in Whole-Body Contact-Rich Manipulation

要約

人間は、体表のどこにでも接触を利用して、大きくて重い物体、通常は手の届かない物体、または一度に複数の物体を操作することができます。
しかし、体の表面全体を使用した接触によるこのような操作をロボットで実現するのは依然として非常に困難です。
これは、全身接触リッチ操作 (WBCRM) 問題として分類できます。
接触モードの組み合わせ論による接触リッチ操作問題の高次元性に加えて、体表面上の任意の場所に接触を作成できると複雑さが増し、妥当な時間内での操作の計画が妨げられます。
我々は、平面 WBCRM の接触および動作計画を階層的連続最適化問題として定式化することで、この計算問題に対処します。
この定式化を可能にするために、ロボット表面の新しい連続的な明示的表現を提案します。これは、WBCRM の連続最適化を使用した将来の研究の基礎となると考えられます。
私たちの結果は、収束、計画時間、実現可能性が大幅に改善されたことを示しています。失敗しがちな軌道改良ステップに頼ることなく、検討したシナリオに比べて反復回数が平均で 99% 減少し、解決策を見つけるまでの時間が 96% 短縮されました。

要約(オリジナル)

Humans can exploit contacts anywhere on their body surface to manipulate large and heavy items, objects normally out of reach or multiple objects at once. However, such manipulation through contacts using the whole surface of the body remains extremely challenging to achieve on robots. This can be labelled as Whole-Body Contact-Rich Manipulation (WBCRM) problem. In addition to the high-dimensionality of the Contact-Rich Manipulation problem due to the combinatorics of contact modes, admitting contact creation anywhere on the body surface adds complexity, which hinders planning of manipulation within a reasonable time. We address this computational problem by formulating the contact and motion planning of planar WBCRM as hierarchical continuous optimization problems. To enable this formulation, we propose a novel continuous explicit representation of the robot surface, that we believe to be foundational for future research using continuous optimization for WBCRM. Our results demonstrate a significant improvement of convergence, planning time and feasibility – with, on the average, 99% less iterations and 96% reduction in time to find a solution over considered scenarios, without recourse to prone-to-failure trajectory refinement steps.

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