Assembly planning is a fundamental problem in robotics and automation, which involves designing a sequence of motions to bring the separate constituent parts of a product into their final placement in the product. Assembly planning is naturally cast as a disassembly problem, giving rise to the assembly partitioning problem: Given a set $A$ of parts, find a subset $S\subset A$, referred to as a subassembly, such that $S$ can be rigidly translated to infinity along a prescribed direction without colliding with $A\setminus S$. While assembly partitioning is efficiently solvable, it is further desirable for the parts of a subassembly to be easily held together. This motivates the problem that we study, called connected-assembly-partitioning, which additionally requires each of the two subassemblies, $S$ and $A\setminus S$, to be connected. We show that this problem is NP-complete, settling an open question posed by Wilson et al. (1995) a quarter of a century ago, even when $A$ consists of unit-grid squares (i.e., $A$ is polyomino-shaped). Towards this result, we prove the NP-hardness of a new Planar 3-SAT variant having an adjacency requirement for variables appearing in the same clause, which may be of independent interest. On the positive side, we give an $O(2^k n^2)$-time fixed-parameter tractable algorithm (requiring low degree polynomial-time pre-processing) for an assembly $A$ consisting of polygons in the plane, where $n=|A|$ and $k=|S|$. We also describe a special case of unit-grid square assemblies, where a connected partition can always be found in $O(n)$-time.


翻译:装配规划是机器人和自动化领域的基本问题,它涉及设计一系列运动,将产品的各个组成部分带入其产品的最终放置位置。装配规划自然转化为拆解问题,从而引出装配划分问题:给定一组零件 $A$,找到一个子集 $S\subset A$,称为子装配,使得 $S$ 可以沿着预定方向刚性平移到无限远点,而不会与 $A\setminus S$ 相撞。虽然装配划分是可以高效求解的,但进一步的要求是子装配的零件易于互相固定。这激发了我们研究的问题,被称为连接装配划分问题,它另外要求两个子装配 $S$ 和 $A\setminus S$ 均为连通的。我们证明该问题是 NP-完全的,解决了 25 年前 Wilson等人提出的一个开放问题,即使 $A$ 由单位网格方块(即 $A$ 为多米诺形状)组成。为了实现这个结果,我们证明了一种新的平面 3-SAT 变种的 NP-完全性,其中变量在相同子句中出现具有邻接要求,这可能是独立有趣的。在积极方面,我们提出了一个 $O(2^k n^2)$-时间的固定参数可跟踪算法(需要低度多项式时间的前处理),用于由平面多边形组成的装配 $A$,其中 $n=|A|$ 且 $k=|S|$。我们还描述了单位网格方块装配的一个特殊情况,其中可以在 $O(n)$ 的时间内总是找到连通划分。

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