Prehensile object rearrangement in cluttered and confined spaces has broad applications but is also challenging. For instance, rearranging products in a grocery or home shelf means that the robot cannot directly access all objects and has limited free space. This is harder than tabletop rearrangement where objects are easily accessible with top-down grasps, which simplifies robot-object interactions. This work focuses on problems where such interactions are critical for completing tasks and extends state-of-the-art results in rearrangement planning. It proposes a new efficient and complete solver under general constraints for monotone instances, which can be solved by moving each object at most once. The monotone solver reasons about robot-object constraints and uses them to effectively prune the search space. The new monotone solver is integrated with a global planner to solve non-monotone instances with high-quality solutions fast. Furthermore, this work contributes an effective pre-processing tool to speed up arm motion planning for rearrangement in confined spaces. The pre-processing tool provide significant speed-ups (49.1% faster on average) in online query resolution. Comparisons in simulations further demonstrate that the proposed monotone solver, equipped with the pre-processing tool, results in 57.3% faster computation and 3 times higher success rate than alternatives. Similarly, the resulting global planner is computationally more efficient and has a higher success rate given the more powerful monotone solver and the pre-processing tool, while producing high-quality solutions for non-monotone instances (i.e., only 1.3 buffers are needed on average). Videos of demonstrating solutions on a real robotic system and codes can be found at https://github.com/Rui1223/uniform_object_rearrangement.


翻译:在杂乱和封闭的空格中, Prehensile 对象重新排列具有广泛的应用性,但也具有挑战性。 例如, 在杂货或家庭架子中, 重新排列产品意味着机器人无法直接访问所有对象, 并且拥有有限的自由空间。 这比桌面重新排列更难, 因为在桌面重新排列中, 物体可以容易地使用上下拉动, 简化了机器人- 物体的相互作用。 这项工作侧重于这样的相互作用对于完成任务至关重要, 并将最先进的重新安排规划结果推广到最先进的空间。 它为单质实例提出了一个新的高效和完整的缓冲解决方案。 单质或家架子的重新配置意味着机器人无法直接访问所有对象, 意味着机器人无法直接访问所有对象, 并且拥有有限的自由空间。 新的单质拼图解决方案与全球计划整合, 以快速处理非单质解决方案。 此外, 这项工作有助于一个有效的预处理工具, 加速在内部重新排列时, 预处理工具提供了显著的加速解决方案( 49.1 % 平均移动) 。 在在线解算中, 快速的解算中, 快速解算中, 高级预算中, 需要一个高级预算 。

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