接触を考慮したオンライン姿勢射影による安全なロボット軌道実行のための表面制約付きオフラインワーピング

概要: 曲面に沿って工具の動作を繰り返し行うことが必要なロボットによる操作タスクは、表面仕上げ、検査、誘導されたインタラクションにおいて頻繁に現れます。実際には、所望の運動プリミティブはしばしば作業対象となる配置面（配備先の曲面）とは独立に設計され、その後、さまざまな形状にまたがって再利用されます。このようなプリミティブを非平面上にそのままタイル状に配置すると、幾何学的不整合が生じ、相互貫入、向きの不連続、繰り返しサイクルに伴う累積ドリフトにつながります。そこで本研究では、幾何学的な埋め込みと実行レベルでの制御を分離する二段階の枠組みを提案します。オフラインの、表面制約付きワーピング（変形）オペレータは、デュアルトラックのウェイポイントに非対称なディフオモルフィック変形を施し、軸に整合した向きの補完を行うことで、名目上の周期プリミティブを曲面へ埋め込み、表面に適応した参照軌道を生成します。次にオンラインの、接触を考慮した射影（プロジェクション）オペレータが、FSR（力/接触に基づく）駆動の外乱適応と円錐（コニック）状の向き安全制約を用いて、この参照に対する偏差を有界に保ちます。複数の解析的表面ファミリに対する実験と、正弦波状の曲面における実ロボット検証により、直接タイル状配置と比べて、幾何学的連続性が向上し、大きな向きジャンプが減少し、接触維持が頑健であることが示されました。これらの結果は、オフラインでの幾何学的リマッピングを、軽量なオンライン射影から切り離すことで、センサが軽量なフィードバック条件下でも、安定かつ繰り返し可能な、表面に埋め込まれた軌道の実行が可能になることを示しています。