Удосконалення методу RRIS за допомогою евристики на основі глибини колізій

Анотація

Планування безколізійного шляху для роботів-маніпуляторів з надлишковими ступенями свободи є значним викликом у робототехніці, переважно через високу розмірність простору станів та складність реальних середовищ. Хоча базові планувальники, що ґрунтуються на семплюванні, довели свою ефективність, вони часто мають труднощі у сценаріях з вузькими проходами або складними обмеженнями. Метод рекурсивного випадкового проміжного стану (RRIS) був нещодавно представлений як перспективна альтернатива, що використовує стратегію "розділяй і володарюй", рекурсивно вставляючи проміжні стани для спрощення складної задачі планування до серії простіших підзадач. Однак оригінальна реалізація RRIS покладається на просту евристику для оцінки проміжних станів: вона підраховує кількість дискретних конфігурацій, що перебувають у стані колізії. Цій бінарній метриці бракує нюансів, оскільки вона розглядає шлях з незначним, дотичним контактом ідентично до шляху із серйозним взаємопроникненням. У цій роботі ми пропонуємо вдосконалення методу RRIS, замінюючи цей бінарний підрахунок на більш фізично інтуїтивну, неперервну метрику. Замість простого підрахунку колізій, ми накопичуємо глибину проникнення, яку повертає система перевірки колізій для кожного стану вздовж сегмента шляху. Цей підхід дозволяє планувальнику розрізняти серйозність різних колізій та надавати пріоритет шляхам, які є ближчими до безколізійних. Крім того, ми вдосконалюємо умову раннього виходу методу, щоб зробити рекурсивний пошук ефективнішим. Нова умова не тільки вимагає, щоб сукупна глибина колізій шляху через проміжний стан була меншою, ніж у прямого шляху, але й впроваджує адаптивний механізм визначення порогів: якщо новий проміжний стан зменшує кількість унікальних пар об'єктів, що перебувають у колізії, для раннього виходу застосовується менш суворий поріг зменшення глибини. І навпаки, якщо набір пар, що стикаються, залишається незмінним, вимагається значно суворіше покращення. Експериментальна перевірка проводилася на тестовому наборі зі 105 пар "старт-ціль" з трьома різними конфігураціями інструмента. Результати підтверджують ефективність запропонованих удосконалень. Перехід від оригінальної евристики, заснованої на підрахунку, до порівняння на основі глибини зменшив загальний час планування з 38.3 с до 29.6 с. Впровадження адаптивної перевірки унікальних пар колізій додатково зменшило зашальний час до 22.9 с, досягнувши загального прискорення приблизно в 1.67x порівняно з базовим методом, зберігаючи при цьому 100% успішність на цьому тестовому наборі. Хоча ці результати є багатообіцяючими, ми розглядаємо їх як попередні та вважаємо, що майбутня робота повинна включати перевірку на ширшому та різноманітнішому спектрі складних сценаріїв.