リーマン計量を用いた関節ロボットの特異点回避のための幾何学的指標
A Riemannian Metric for Geometry-Aware Singularity Avoidance by Articulated Robots
対称正定値行列多様体上のリーマン計量で特異点への近さを測る指標を提案し、操作空間制御の局所最適化に組み込んで特異点に強い動作を実現した。
著者: Filip Marić, Luka Petrović, Marko Guberina, Jonathan Kelly, Ivan Petrović
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Articulated robots such as manipulators increasingly must operate in uncertain and dynamic environments where interaction (with human coworkers, for example) is necessary. In these situations, the capacity to quickly adapt to unexpected changes in operational space constraints is essential. At certain points in a manipulator's configuration space, termed singularities, the robot loses one or more degrees of freedom (DoF) and is unable to move in specific operational space directions. The inability to move in arbitrary directions in operational space compromises adaptivity and, potentially, safety. We introduce a geometry-aware singularity index, defined using a Riemannian metric on the manifold of symmetric positive definite matrices, to provide a measure of proximity to singular configurations. We demonstrate that our index avoids some of the failure modes and difficulties inherent to other common indices. Further, we show that this index can be differentiated easily, making it compatible with local optimization approaches used for operational space control. Our experimental results establish that, for reaching and path following tasks, optimization based on our index outperforms a common manipulability maximization technique and ensures singularity-robust motions.
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