一种用于生成与可视化机器人自碰撞矩阵的新软件工具

在机器人学中，检查给定机器人状态是否导致自相交（即自碰撞查询）或评估其距此类相交的距离（即自邻近查询）是常见的操作。这些检查通常在附着于不同机器人连杆的形状对之间进行。然而，许多这样的形状对可以被预先排除，因为已知它们的构型总是或永远不会发生接触。此信息通常被编码在自碰撞矩阵中，其中每个条目 (i, j) 指示是否应在形状 i 和形状 j 之间执行检查。尽管 MoveIt Setup Assistant 被广泛用于生成此类矩阵，但现有工具受限于静态可视化、缺乏邻近性支持、刚性的单一几何体假设以及繁琐的细化工作流程，阻碍了其在下游机器人应用中的灵活性与复用性。在本工作中，我们引入了一种交互式工具，通过在多种形状表示下生成和可视化自碰撞矩阵来克服这些限制，从而实现对形状对的动态检查、过滤和细化。输出以 JSON 和 YAML 两种格式提供，以便于集成。该系统使用 Rust 实现，并采用 Bevy 游戏引擎提供高质量可视化。我们在多个机器人平台上展示了其有效性，表明使用多种形状类型生成的矩阵可产生更快、更准确的自碰撞和自邻近查询。