Motion planning is a mature area of research in robotics with many well-established methods based on optimization or sampling the state space, suitable for solving kinematic motion planning. However, when dynamic motions under constraints are needed and computation time is limited, fast kinodynamic planning on the constraint manifold is indispensable. In recent years, learning-based solutions have become alternatives to classical approaches, but they still lack comprehensive handling of complex constraints, such as planning on a lower-dimensional manifold of the task space while considering the robot's dynamics. This paper introduces a novel learning-to-plan framework that exploits the concept of constraint manifold, including dynamics, and neural planning methods. Our approach generates plans satisfying an arbitrary set of constraints and computes them in a short constant time, namely the inference time of a neural network. This allows the robot to plan and replan reactively, making our approach suitable for dynamic environments. We validate our approach on two simulated tasks and in a demanding real-world scenario, where we use a Kuka LBR Iiwa 14 robotic arm to perform the hitting movement in robotic Air Hockey.


翻译:运动规划是一个成熟的机器人研究领域,它有许多基于优化或抽样国家空间的成熟方法,适合于解决运动规划。然而,当在限制下需要动态动作,而且计算时间有限时,对制约方块的快速动力学规划是必不可少的。近年来,基于学习的解决方案已成为传统方法的替代品,但它们仍然缺乏对复杂制约因素的全面处理,例如,在考虑机器人动态的同时,对任务空间的低维方位进行规划。本文介绍了一个创新的学习到计划框架,利用制约方位的概念,包括动态和神经规划方法。我们的方法产生了满足一系列任意限制的计划,并在短时期内,即神经网络的推论时间,对它们进行计算。这使机器人能够被动地规划和重新规划,使我们的方法适合动态环境。我们验证了我们在两个模拟任务上和在一种要求很高的现实情景中采用的方法,即我们使用Kuka LBR Iiwa 14机器人臂来进行机器人空心键的打击运动。

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