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 path 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. The environmental features are enclosed geometrically using convex differentiable surfaces (e.g., superquadrics). 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 traditional collision detection. Furthermore, combining the 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, remarkably, the proposed framework outperforms the popular sampling-based planners in terms of computational time and success rate in finding a path through narrow corridors and in higher dimensional configuration spaces.


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是两种最有效的路径规划者类别。尽管一般而言效率很高,但这些基于取样的规划者在“窄通道”这一重要情况下可能会在计算上变得昂贵。本文专门为狭窄通道问题制定了一条路径规划范式。核心基于由环球联盟包装的硬体机器人的规划。环境特征是使用相近可变表面(例如超二次)的几何式取样战略封闭的。这样做的主要好处是,配置空间障碍可以以封闭的形式明确进行参数化,从而允许使用先前的知识来避免取样不可行的配置。随后,通过为多孔通道定出一个紧凑的体积,保证在不经过传统碰撞探测的情况下进行旋转的机器人过渡不会发生碰撞。此外,在采用随机抽样战略的同时,拟议的规划框架可以扩大到解决更高层面的问题,因为机器人在其中有一个移动的基础和清晰的附体。基准结果显示,先前的知识可以用来用来避免取样的不可行配置。然后,通过高空域的模型,在基于大众空间的模型的模型中,可以明显地找到一个基于高空域的模型的模型。

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