サービスロボットは、移動ロボットや特殊な構造を持つロボットなど、ユニークな機能設計により注目を集めている。サービスロボットは、任務を実行する際に、機能構造の変化により自律航行能力が制限され、機動性に影響を与える可能性がある。本文では、複雑な3次元環境における変形ロボットの軌道計画、特に最も広く用いられている差動駆動移動ベースに基づく移動ロボットの軌道計画に取り組むことを目的とする。
この全局的な軌道最適化アプローチは、ロボットの全身の軌道を、移動ベースの特異なダイナミクスと追加関節のダイナミクスを満たすことができる多項式軌道としてモデル化する。また、制約を柔軟な制約に変え、非線形な急変を避けるために密にサンプリングされた活性化関数を使用する。さらに、ロボットと障害物との距離を制限することで、システムの安全性を確保している。また、環境における様々な高さや幅の変化をシミュレートするために、研究チームは差動駆動移動ベース（SCR-DB）を備えた新しい変形ロボットを設計し、実験を行った。
差動駆動移動ベース（SCR-DB）を用いた変形ロボットの実験
このアプローチの有効性を検証するため、研究チームは、フルボディと独立ディファレンシャル・ドライブの結合車両の運動計画を含む広範なシミュレーションと実験をし、NOKOVモーションキャプチャシステムにより実験に正確な軌道と運動データを獲得した。
異なる設定による軌道のシミュレーション図
実験により、大域的軌道最適化手法の有効性とロバスト性が検証され、この可変性ロボット（SCR-DB）に対して、低計算コストで滑らかで衝突のない運行軌跡が提供された。さらに、このアルゴリズムは、差動基盤と追加自由度から構成されるロボットにも適用可能。
参考文献
Mengke Zhang, Chao Xu, Fei Gao, Yanjun Cao. (2023). Trajectory Optimization for 3D Shape-Changing Robots with Differential Mobile Bas. In International Conference on Robotics and Automation (ICRA).
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