Path planning has long been one of the major research areas in robotics, with PRM and RRT being two of the most effective classes of planners. Though generally very efficient, these sampling-based planners can become computationally expensive in the important case of "narrow passages". This paper develops a path planning paradigm specifically formulated for narrow passage problems. The core is based on planning for rigid-body robots encapsulated by unions of ellipsoids. Each environmental feature is represented geometrically using a strictly convex body with a $\mathcal{C}^1$ boundary (e.g., superquadric). The main benefit of doing this is that configuration-space obstacles can be parameterized explicitly in closed form, thereby allowing prior knowledge to be used to avoid sampling infeasible configurations. Then, by characterizing a tight volume bound for multiple ellipsoids, robot transitions involving rotations are guaranteed to be collision-free without needing to perform traditional collision detection. Furthermore, by combining with a stochastic sampling strategy, the proposed planning framework can be extended to solving higher dimensional problems in which the robot has a moving base and articulated appendages. Benchmark results show that the proposed framework often outperforms the sampling-based planners in terms of computational time and success rate in finding a path through narrow corridors for both single-body robots and those with higher dimensional configuration spaces. Physical experiments using the proposed framework are further demonstrated on a humanoid robot that walks in several cluttered environments with narrow passages.


翻译:长期以来,路径规划一直是机器人的主要研究领域之一,PRM和RRT是最有效的规划者类别中的两大类。尽管一般而言效率很高,但这些基于抽样的规划者在“窄通道”这个重要案例中可能会在计算上变得昂贵。本文开发了一种专门针对狭窄通道问题的路径规划范式。核心基于对由环球联盟包装的硬体机器人的规划。每个环境特征都使用一个严格连接的正方格体,使用一个具有$\mathcal{C ⁇ ⁇ 1美元边界(例如超夸度)的严格直线体体体标注。这样做的主要好处是,在“窄通道”这个重要案例中,这些基于取样的配置-空间障碍可以明显地进行参数化,从而能够使用先前的知识来避免取样不易操作的配置。然后,通过给多环球联盟联盟所包涵的紧紧紧的体积来进行机器人转换,可以保证不发生碰撞,而不需要进行传统的碰撞探测。此外,通过一个基于高级空间的取样战略,拟议的规划框架可以扩展到解决更近维度的问题,在窄的轨道上,而机械的轨道框架中常常使用一个标定的标定的路径,从而在标定的轨道中,在标定标定的轨道上都显示一个标定的轨道上,在标定的轨道上,在标定的轨道上,在标定的轨道上,在标定的轨道上,在标定的轨道上,在标定的轨道上显示。

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