In many applications, including logistics and manufacturing, robot manipulators operate in semi-structured environments alongside humans or other robots. These environments are largely static, but they may contain some movable obstacles that the robot must avoid. Manipulation tasks in these applications are often highly repetitive, but require fast and reliable motion planning capabilities, often under strict time constraints. Existing preprocessing-based approaches are beneficial when the environments are highly-structured, but their performance degrades in the presence of movable obstacles, since these are not modelled a priori. We propose a novel preprocessing-based method called Alternative Paths Planner (APP) that provides provably fixed-time planning guarantees in semi-structured environments. APP plans a set of alternative paths offline such that, for any configuration of the movable obstacles, at least one of the paths from this set is collision-free. During online execution, a collision-free path can be looked up efficiently within a few microseconds. We evaluate APP on a 7 DoF robot arm in semi-structured domains of varying complexity and demonstrate that APP is several orders of magnitude faster than state-of-the-art motion planners for each domain. We further validate this approach with real-time experiments on a robotic manipulator.


翻译:在许多应用中,包括物流和制造,机器人操纵者与人类或其他机器人一起在半结构环境中操作,这些环境基本上是静态的,但可能含有机器人必须避免的一些可移动障碍。这些应用中的操纵任务往往是高度重复的,但需要快速和可靠的运动规划能力,往往在严格的时间限制下。当环境高度结构化时,现有的预处理方法是有利的,但是在存在可移动障碍的情况下,其性能会下降,因为这些障碍并不是先验的模型。我们提议了一种新的预处理方法,称为替代路径规划师(APP),在半结构环境中提供可察觉的固定时间规划保证。AP计划一套替代路径,对于任何移动障碍的配置,至少其中一条路径是无碰撞的。在网上执行过程中,可以有效地看待无碰撞路径,因为存在可移动障碍,因为这些障碍并不是先验的。我们评估了在复杂程度不一的半结构化领域对7 DoF机器人臂的应用程序的评估,并表明应用方案在数量上比州级运动规划者在每一领域进行实际机器人性实验的速度要快。我们进一步验证这一方法。

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