The main contribution of this paper is the proof of the convexity of the omni-directional tethered robot workspace (namely, the set of all tether-length-admissible robot configurations), as well as a set of distance-optimal tethered path planning algorithms that leverage the workspace convexity. The workspace is proven to be topologically a simply-connected subset and geometrically a convex subset of the set of all configurations. As a direct result, the tether-length-admissible optimal path between two configurations is proven exactly the untethered collision-free locally shortest path in the homotopy specified by the concatenation of the tether curve of the given configurations, which can be simply constructed by performing an untethered path shortening process in the 2D environment instead of a path searching process in the pre-calculated workspace. The convexity is an intrinsic property to the tethered robot kinematics, thus has universal impacts on all high-level distance-optimal tethered path planning tasks: The most time-consuming workspace pre-calculation (WP) process is replaced with a goal configuration pre-calculation (GCP) process, and the homotopy-aware path searching process is replaced with untethered path shortening processes. Motivated by the workspace convexity, efficient algorithms to solve the following problems are naturally proposed: (a) The optimal tethered reconfiguration (TR) planning problem is solved by a locally untethered path shortening (UPS) process, (b) The classic optimal tethered path (TP) planning problem (from a starting configuration to a goal location whereby the target tether state is not assigned) is solved by a GCP process and $n$ UPS processes, where $n$ is the number of tether-length-admissible configurations that visit the goal location, (c) The optimal tethered motion to visit a sequence of multiple goal locations, referred to as


翻译:本文的主要贡献是证明全流方向系系的机器人工作空间( 即所有系绳长可允许的机器人配置集) 的共性, 以及一套利用工作空间共性的远程最优路径规划算法。 工作空间在地形上被证明是一个简单连接的子集, 从几何角度是一个所有配置组的共性子集。 作为直接结果, 两个配置之间的链长可允许的最佳路径被证明完全地证明是非交错的断流- 本地最短路径( 全部系系系绳长- 允许的机器人工作空间) 。 由给定配置的连接曲线曲线曲线曲线曲线曲线曲线, 可以简单地通过在 2D 环境中执行一条不交错的路径缩短进程, 而不是在计算前的工作空间中进行路径搜索。 交错的机器人传感性( 向交错的机器人传动, 从而通过不交错的离轨的电流- 节流- 节流- 节流- 平- 规则程规划流程, 最精确的路径进程被取代 。

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