Deformable objects present a formidable challenge for robotic manipulation due to the lack of canonical low-dimensional representations and the difficulty of capturing, predicting, and controlling such objects. We construct compact topological representations to capture the state of highly deformable objects that are topologically nontrivial. We develop an approach that tracks the evolution of this topological state through time. Under several mild assumptions, we prove that the topology of the scene and its evolution can be recovered from point clouds representing the scene. Our further contribution is a method to learn predictive models that take a sequence of past point cloud observations as input and predict a sequence of topological states, conditioned on target/future control actions. Our experiments with highly deformable objects in simulation show that the proposed multistep predictive models yield more precise results than those obtained from computational topology libraries. These models can leverage patterns inferred across various objects and offer fast multistep predictions suitable for real-time applications.


翻译:由于缺乏精密的低维表象和难以捕捉、预测和控制这些天体,变形物体对机器人操纵提出了艰巨的挑战。我们建造了紧凑的表层表象,以捕捉高度变形的天体状态,这些天体在地形学上是非三元性的。我们开发了一种方法,跟踪这种地形状态的演变过程。根据一些轻微的假设,我们证明现场的地形学及其演变可以从代表场景的点云层中恢复过来。我们的进一步贡献是一种方法,用来学习预测模型,这种模型采用过去点云观测的顺序作为输入,并预测一系列地形状态,以目标/未来控制行动为条件。我们对高度变形天体的模拟实验表明,拟议的多步骤预测模型产生比从计算表馆中获得的结果更精确的结果。这些模型可以利用各种天体的推断模式,并提供适合实时应用的快速多步预测。

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