Base placement optimization (BPO) is a fundamental capability for mobile manipulation and has been researched for decades. However, it is still very challenging for some reasons. First, compared with humans, current robots are extremely inflexible, and therefore have higher requirements on the accuracy of base placements (BPs). Second, the BP and task constraints are coupled with each other. The optimal BP depends on the task constraints, and in BP will affect task constraints in turn. More tricky is that some task constraints are flexible and non-deterministic. Third, except for fulfilling tasks, some other performance metrics such as optimal energy consumption and minimal execution time need to be considered, which makes the BPO problem even more complicated. In this paper, a Scale-like disc (SLD) representation of the workspace is used to decouple task constraints and BPs. To evaluate reachability and return optimal working pose over SLDs, a reachability map (RM) is constructed offline. In order to optimize the objectives of coverage, manipulability, and time cost simultaneously, this paper formulates the BPO as a multi-objective optimization problem (MOOP). Among them, the time optimal objective is modeled as a traveling salesman problem (TSP), which is more in line with the actual situation. The evolutionary method is used to solve the MOOP. Besides, to ensure the validity and optimality of the solution, collision detection is performed on the candidate BPs, and solutions from BPO are further fine-tuned according to the specific given task. Finally, the proposed method is used to solve a real-world toilet coverage cleaning task. Experiments show that the optimized BPs can significantly improve the coverage and efficiency of the task.


翻译:基座位置优化(BPO)是移动操作的基本能力,并已研究了几十年。然而,出于某些原因,它仍然非常具有挑战性。首先,与人类相比,当前的机器人极其不灵活,因此对基座位置(BPs)的精度要求更高。其次,BP和任务约束彼此耦合。最优BP取决于任务约束,BP将反过来影响任务约束。更棘手的是,某些任务约束是灵活和不确定的。第三,除了完成任务外,还需要考虑一些其他性能指标,例如最佳能耗和最小执行时间,这使BPO问题更加复杂。本文使用一种类似于刻度的圆盘(SLD)表示工作区域,以解耦任务约束和BPs。为了对SLD上的可达性进行评估并返回最优的工作姿态,离线构建可达性图(RM)。为了同时优化覆盖、可操作性和时间成本等目标,本文将BPO制定为多目标优化问题(MOOP)。其中,时间最优目标被建模为旅行推销员问题(TSP),这更符合实际情况。采用进化方法来解决MOOP。此外,为确保解的有效性和优越性,对候选BPs进行碰撞检测,并根据具体的给定任务对来自BPO的解进行进一步微调。最后,该方法被用于解决一个真实的厕所覆盖清洁任务。实验证明,优化后的BPs可以显著提高任务的覆盖率和效率。

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