Contact-based motion planning for manipulation, object exploration or balancing often requires finding sequences of fixed and sliding contacts and planning the transition from one contact in the environment to another. However, most existing algorithms concentrate on the control and learning aspect of sliding contacts, but do not embed the problem into a principled framework to provide guarantees on completeness or optimality. To address this problem, we propose a method to extend constraint-based planning using contact transitions for sliding contacts. Such transitions are elementary operations required for whole contact sequences. To model sliding contacts, we define a sliding contact constraint that permits the robot to slide on the surface of a mesh-based object. To exploit transitions between sliding contacts, we develop a contact transition sampler, which uses three constraint modes: contact with a start surface, no contact and contact with a goal surface. We sample these transition modes uniformly which makes them usable with sampling-based planning algorithms. Our method is evaluated by testing it on manipulator arms of two, three and seven internal degrees of freedom with different objects and various sampling-based planning algorithms. This demonstrates that sliding contact constraints could be used as an elementary method for planning long-horizon contact sequences for high-dimensional robotic systems.


翻译:用于操纵、物体探索或平衡的基于接触的动作规划往往需要找到固定和滑动的接触序列,并规划从环境中的一个接触向另一个接触的过渡。然而,大多数现有的算法集中于滑动接触的控制和学习方面,但没有将问题嵌入一个原则框架,以保障完整性或最佳性。为了解决这一问题,我们提议了一种方法,利用滑动接触的接触过渡来扩大基于限制的规划。这种过渡是整个接触序列所需的基本操作。对于滑动接触,我们定义了一种滑动接触限制,允许机器人在网状物体表面滑动。为了利用滑动接触之间的过渡,我们开发了一种接触转换器,它使用三种制约模式:与起始表面的接触,没有接触,也没有与目标表面的接触。我们对这些过渡模式进行统一取样,使其能用基于取样的规划算法进行使用。我们的方法是通过对不同物体和各种基于取样的规划算法进行2、3和7个内部自由度的操控臂进行测试来评估。这说明滑动接触限制可以用作规划高维的长子接触序列的基本方法。

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