Motion planning for humanoid robot anticipating environmental changes

仿人机器人预测环境变化的运动规划

基本信息

项目摘要

We have developed a new motion planning framework using the mathematical concept of a quotient-space, through removal of a dimension to improve the efficiency of computation. A quotient-space is a simplified space, which is created by declaring points in a space as being equivalent, and then grouping them together into a single point of the quotient-space. We realized this simplification through the idea of nesting robots in each other.Our approach is general to be applied to any robot. Fo a manipulator arm, we nest a series of lower-dimensional manipulator arms inside the original arm, whereby each lower-dimensional arm is created by removing a link of the arm. This nesting of robots creates a series of quotient-spaces, which are all nested inside the original configuration space.We have subsequently developed a new algorithm, called the quotient-space roadmap planner (QMP), which is able to exploit quotient-spaces. Our planner is unique in that it uses simplifications while being complete. Being complete means that we will find a path for a planning problem, whenever one exists.Our algorithm QMP works by first decomposing the configuration into its quotient-spaces. Then we start growing a graph on the lowest-dimensional quotient-space until we find a feasible path. Once such a path has been found, we start growing a second graph on the next quotient-space. Both graphs are simultaneously grown until a feasible path is found on the next quotient-space. This process is continued until we find a path on the configuration space itself.
我们利用商空间的数学概念,通过降维来提高计算效率,提出了一种新的运动规划框架。商空间是一个简化的空间,它是通过声明一个空间中的点是等价的,然后将它们组合在一起形成商空间的一个点来创建的。我们通过机器人相互嵌套的想法实现了这种简化。我们的方法普遍适用于任何机器人。对于机械手手臂,我们将一系列低维机械手手臂嵌套在原始手臂内,由此通过移除手臂的一个链接来创建每个低维手臂。这种机器人的嵌套产生了一系列商空间,这些商空间都嵌套在原始配置空间中,我们随后开发了一种新的算法,称为商空间路线图规划器(QMP),它能够使用商空间。我们的计划器是独一无二的,因为它在完成的同时使用简化。完备性意味着只要存在规划问题,我们就会找到一条路径。我们的算法QMP的工作原理是首先将配置分解到它的商空间中。然后我们开始在最低维商空间上生长一个图,直到我们找到一条可行的路径。一旦找到这样的路径,我们就开始在下一个商空间上生长第二个图。这两个图同时增长,直到在下一个商空间上找到可行路径。此过程将继续进行,直到我们在配置空间本身上找到路径。

项目成果

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Quotient-Space Motion Planning
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