A key challenge to the widespread deployment of robotic manipulators is the need to ensure safety in arbitrary environments while generating new motion plans in real-time. In particular, one must ensure that a manipulator does not collide with obstacles, collide with itself, or exceed its joint torque limits. This challenge is compounded by the need to account for uncertainty in the mass and inertia of manipulated objects, and potentially the robot itself. The present work addresses this challenge by proposing Autonomous Robust Manipulation via Optimization with Uncertainty-aware Reachability (ARMOUR), a provably-safe, receding-horizon trajectory planner and tracking controller framework for serial link manipulators. ARMOUR works by first constructing a robust, passivity-based controller that is proven to enable a manipulator to track desired trajectories with bounded error despite uncertain dynamics. Next, ARMOUR uses a novel variation on the Recursive Newton-Euler Algorithm (RNEA) to compute the set of all possible inputs required to track any trajectory within a continuum of desired trajectories. Finally, the method computes an over-approximation to the swept volume of the manipulator; this enables one to formulate an optimization problem, which can be solved in real-time, to synthesize provably-safe motion. The proposed method is compared to state of the art methods and demonstrated on a variety of challenging manipulation examples in simulation and on real hardware, such as maneuvering a dumbbell with uncertain mass around obstacles.


翻译:机器人操控器的广泛部署面临的一个关键挑战是需要确保任意环境中的安全,同时实时生成新的运动计划。 特别是, 必须确保操纵器不会与障碍相撞, 与自己碰撞, 或超过其联合硬化限制。 这一挑战因需要解释被操纵物体质量和惯性方面的不确定性, 以及机器人本身而变得更加复杂。 目前的工作要应对这一挑战, 提议通过优化自动机械操纵, 与不确定性的易变性( ARMO) 来优化自动机械操作, 这是一种安全性强的、 向后顺正正向轨转换的轨迹规划器和跟踪序列链接操纵器的控制器框架。 ARMOUR 工程首先建立一个强大、 被动的控制器, 从而让操纵器能够追踪在不确定动态下存在受约束的错误的预期轨迹。 下一步, ARMOUR使用新版本的变异功能, 将所有可能的投入都编译成一个在预想的正轨轨迹中的任何轨迹。 最终, 将精度的精度的精度转换方法变成一个正正轨方法, 。

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