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マニピュレーションarXiv:2601.19972

ジャストインタイム情報木:可操作度を考慮した漸近最適動作計画

Just in time Informed Trees: Manipulability-Aware Asymptotically Optimized Motion Planning

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サンプリングベースの動作計画を改良し、エッジ接続とサンプリング密度を動的に調整して初期経路を高速に発見しつつ、可操作度と軌道コストのバランスを取るJIT*を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 高次元ロボット経路計画のためのサンプリングベース手法 - Just-in-Time Informed Trees (JIT*) を提案 - Effort Informed Trees (EIT*) を拡張 - 2つのモジュール: Just-in-Time と Motion Performance - マニピュレータの運動学的特異点と自己衝突リスクに対処 - 効率的な初期経路発見と運動性能のバランスを目指す

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来のサンプリングベース計画法より優れる - EIT* をベースに改良 - 複雑な多障害物環境での feasible かつ optimal な経路探索を改善 - マニピュレータの特異点リスクを低減 - R^4 から R^16 次元で一貫して性能向上 - 単腕・双腕操作タスクで有効性を実証

3. 技術・手法の肝は?

- Just-in-Time モジュール: - Just-in-Time Edge: エッジ接続を動的に洗練 - Just-in-Time Sample: ボトルネック領域のサンプリング密度を調整 - Motion Performance モジュール: - マニピュラビリティと軌道コストを動的切替でバランス - 運動制御を最適化し特異点リスクを低減 - これらにより初期経路発見を高速化

4. どうやって有効だと検証した?

- R^4 から R^16 次元での比較分析 - 従来のサンプリングベースプランナと比較 - 単腕および双腕マニピュレーションタスクで実証 - 実験結果はビデオで公開 (https://youtu.be/nL1BMHpMR7c) - 定量的評価の詳細は要旨からは不明

5. 議論はある?

- 高次元環境での有効性を主張 - 特異点リスク低減と運動効率の両立を議論 - 動的切替の具体的な基準や限界は要旨からは不明 - 計算コストやスケーラビリティの議論は要旨からは不明 - 実ロボットへの適用可能性は示唆されるが詳細は不明

6. 次に読むべき論文は?

- Effort Informed Trees (EIT*) - Informed RRT* などのサンプリングベース最適化手法 - マニピュラビリティを考慮した運動計画手法 - 特異点回避を目的とした経路計画研究 - 高次元ロボット経路計画のベンチマーク研究

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Kuanqi Cai, Liding Zhang, Xinwen Su, Kejia Chen, Chaoqun Wang, Sami Haddadin, Alois Knoll, Arash Ajoudani, Luis Figueredo

分類: cs.RO

原文アブストラクト

In high-dimensional robotic path planning, traditional sampling-based methods often struggle to efficiently identify both feasible and optimal paths in complex, multi-obstacle environments. This challenge is intensified in robotic manipulators, where the risk of kinematic singularities and self-collisions further complicates motion efficiency and safety. To address these issues, we introduce the Just-in-Time Informed Trees (JIT*) algorithm, an enhancement over Effort Informed Trees (EIT*), designed to improve path planning through two core modules: the Just-in-Time module and the Motion Performance module. The Just-in-Time module includes "Just-in-Time Edge," which dynamically refines edge connectivity, and "Just-in-Time Sample," which adjusts sampling density in bottleneck areas to enable faster initial path discovery. The Motion Performance module balances manipulability and trajectory cost through dynamic switching, optimizing motion control while reducing the risk of singularities. Comparative analysis shows that JIT* consistently outperforms traditional sampling-based planners across $\mathbb{R}^4$ to $\mathbb{R}^{16}$ dimensions. Its effectiveness is further demonstrated in single-arm and dual-arm manipulation tasks, with experimental results available in a video at https://youtu.be/nL1BMHpMR7c.

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