Introducción
Para abordar estos desafíos, desarrollamos Capability-Tradeoff Contact Selection (CTCS). La idea clave es separar la verificación exacta del cumplimiento de las restricciones de la evaluación, más costosa, de las capacidades de los candidatos. La viabilidad de la tarea y del contacto, cuyo cálculo es menos costoso, se comprueba de forma exacta, mientras que las evaluaciones restantes de capacidades, que requieren un alto coste computacional, se aceleran agrupando candidatos localmente similares y prediciendo sus capacidades a partir de evaluaciones exactas en puntos de anclaje mediante análisis de sensibilidad local. Las predicciones se comprueban mediante evaluaciones exactas selectivas y, antes de seleccionar la realización final del contacto, se evalúan de forma exacta los candidatos más prometedores.
Las contribuciones son tres:
- Una formulación del apoyo en el entorno como un problema conjunto de selección de superficie y configuración. Los apoyos candidatos deben cumplir los requisitos de carga y movimiento de la tarea y, además, se optimizan mediante medidas de capacidad relacionadas con el torsor residual, el alcance del efector final y la movilidad de la base.
- Un método de selección de contactos basado en el equilibrio entre capacidades. CTCS combina el filtrado exacto de viabilidad de la tarea con la predicción de capacidades basada en la sensibilidad local. Los candidatos se agrupan dentro de cada superficie de contacto para permitir predicciones fiables basadas en puntos de anclaje entre realizaciones localmente similares.
- Validación mediante simulaciones y experimentos con hardware. Los contactos con el entorno seleccionados cumplen los requisitos especificados para la tarea y ofrecen un equilibrio favorable entre capacidades.
Selección de contactos
En cambio, consideramos una tarea de locomoción y manipulación determinada y seleccionamos conjuntamente una superficie de apoyo auxiliar sostenido y la configuración de cuerpo completo que materializa el contacto.
Esto difiere de los trabajos que dan por supuesta una superficie o un tipo de apoyo preseleccionado y optimizan cómo el robot utiliza ese contacto. También difiere de los métodos de planificación de contactos que optimizan apoyos secuenciales de las patas o contactos con el entorno como parte de la locomoción o de la planificación de trayectorias.
Metodología
Evaluar exactamente el vector de capacidades, un conjunto de medidas de capacidad, para cada candidato requiere resolver numerosos problemas de optimización de cuerpo completo para las capacidades pertinentes para la tarea y las fases de apoyo.
Para abordar esta cuestión, proponemos Capability-Tradeoff Contact Selection (CTCS), que combina el filtrado exacto de viabilidad, la predicción de capacidades basada en la sensibilidad local y la evaluación exacta selectiva.
Calidad de la selección y coste computacional
Ablaciones
Eliminar la validación de predicciones (CTCS-NV) o sustituir los grupos locales por un único punto de anclaje por superficie (CTCS-SA) reduce aún más el tiempo de ejecución, pero también disminuye el objetivo medio.
El primer resultado indica que las comprobaciones de sondeo y entre puntos de anclaje ayudan a detectar predicciones inexactas antes de la selección final. El segundo respalda la eficacia de agrupar candidatos dentro de cada superficie y utilizar varios puntos de anclaje locales, ya que los candidatos de una misma superficie pueden tener configuraciones de cuerpo completo y restricciones limitantes diferentes.
Por último, evaluar los candidatos de marcha con un apoyo de cuatro patas (CTCS-FFS) reduce el objetivo medio a 3.0387, pese a utilizar el mismo conjunto de candidatos viables para la tarea. Esto demuestra que la selección debe tener en cuenta las capacidades residuales durante las fases reales de apoyo al trote.
Conclusión
Presentamos CTCS para seleccionar conjuntamente los contactos de apoyo con el entorno y las configuraciones de cuerpo completo para tareas de locomoción y manipulación especificadas. Nuestros resultados muestran que el beneficio del contacto con el entorno depende tanto de la superficie como de la configuración seleccionadas, y que la selección dependiente de la tarea supera al método de referencia probado con contactos fijos.
CTCS obtuvo un objetivo medio muy similar al de la evaluación exhaustiva con un menor coste computacional, mientras que las ablaciones mostraron que la agrupación local y las comprobaciones de predicciones mejoran la calidad de la selección. Estos resultados respaldan tratar el contacto con el entorno como una decisión dependiente de la tarea.
Una limitación de nuestro método es que selecciona entre candidatos muestreados, por lo que no se garantiza la optimalidad global en el espacio continuo de ubicaciones de contacto y configuraciones. El trabajo futuro incluirá el refinamiento de candidatos, las transiciones de contacto entre superficies y la nueva selección en línea cuando cambien los requisitos de la tarea.
Preguntas frecuentes
¿Qué es Capability-Tradeoff Contact Selection? CTCS es un método para seleccionar conjuntamente contactos de apoyo con el entorno y configuraciones de cuerpo completo para tareas de locomoción y manipulación especificadas.
¿Cómo reduce CTCS el coste computacional? Comprueba de forma exacta la viabilidad de la tarea y del contacto, predice las capacidades de candidatos localmente similares y evalúa de forma selectiva y exacta las predicciones y los candidatos prometedores.
¿Qué capacidades se consideran al seleccionar los contactos? La selección tiene en cuenta el torsor residual, el alcance del efector final y la movilidad de la base.
¿Qué limitación tiene el método propuesto? Como CTCS selecciona entre candidatos muestreados, no se garantiza la optimalidad global en el espacio continuo de ubicaciones de contacto y configuraciones.