We present a contact-implicit planning approach that can generate contact-interaction trajectories for non-prehensile manipulation problems without tuning or a tailored initial guess and with high success rates. This is achieved by leveraging the concept of state-triggered constraints (STCs) to capture the hybrid dynamics induced by discrete contact modes without explicitly reasoning about the combinatorics. STCs enable triggering arbitrary constraints by a strict inequality condition in a continuous way. We first use STCs to develop an automatic contact constraint activation method to minimize the effective constraint space based on the utility of contact candidates for a given task. Then, we introduce a re-formulation of the Coulomb friction model based on STCs that is more efficient for the discovery of tangential forces than the well-studied complementarity constraints-based approach. Last, we include the proposed friction model in the planning and control of quasi-static planar pushing. The performance of the STC-based contact activation and friction methods is evaluated by extensive simulation experiments in a dynamic pushing scenario. The results demonstrate that our methods outperform the baselines based on complementarity constraints with a significant decrease in the planning time and a higher success rate. We then compare the proposed quasi-static pushing controller against a mixed-integer programming-based approach in simulation and find that our method is computationally more efficient and provides a better tracking accuracy, with the added benefit of not requiring an initial control trajectory. Finally, we present hardware experiments demonstrating the usability of our framework in executing complex trajectories in real-time even with a low-accuracy tracking system.


翻译:我们提出了一种接触隐蔽的规划方法,可以在不作调整或不作专门设计的初步猜测和高成功率的情况下,为非痛苦的操纵问题产生接触-互动轨迹,而无需经过调整或定制初始猜想和高成功率。这是通过利用国家触发的制约概念来捕捉互不相连的接触模式所引发的混合动态,而没有明确地解释组合式的组合式联系模式。STC能够持续地通过严格的不平等条件触发任意限制。我们首先利用STC开发一种自动接触约束启动方法,以根据接触候选人对某项任务的作用,最大限度地减少有效限制空间。然后,我们采用基于STC的库伦摩擦模式进行重新拟订,该模式比以周全的互补制约为基础的差异性制约性能来捕捉混合性动态。最后,我们把拟议的摩擦模式纳入准性平板推进的规划和控制之中。基于STC的接触激活和摩擦法的功能通过在动态推动情景中进行广泛的模拟实验来评估。结果表明,我们的方法超越了基于STC的系统快速度的精确度的系统,而基于互补性的精确度基准,我们则在随后的模拟方法中更精确性地比较地比较了我们所要求的计算方法,我们比较了一种比较了一种比较了一种成功的计算方法,而我们比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较方法,在正确的计算方法,在正确的计算方法,在正确的计算方法,在随后的精确性计算方法,在正确的计算方法,我们比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种我们比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种我们的方法,在一种比较了一种比较了一种比较了一种比较了一种比较。

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