重叠抓取下最优桌面重排的复杂性结果与快速方法

本文研究了一类在应用中频繁出现的物体重排问题的基本组合结构。这些问题涉及放置在平坦水平面上的多个几何相似的物体，机器人可从上方接近它们并执行拾取-放置操作以重新摆放。本文考虑了起始与目标物体位姿重叠和不重叠两种情况。对于重叠位姿，主要目标是最小化拾取-放置动作次数，然后最小化末端执行器移动距离。对于非重叠情况，目标仅是最小化末端执行器的移动距离。尽管此类问题未涉及一般重排的所有复杂性，但在两种情况下在计算上仍然困难。这通过从易于理解的组合困难问题到这些重排问题的归约得以证明。归约也被证明在反方向成立，从而能够将研究充分的算法便捷地应用于重排。尽管存在困难性结果，这些算法在实践中可非常高效。本文基于这些归约结果提出了一个处理重排问题的算法流水线。实验评估（包括基于硬件的试验）表明，所提流水线针对优化目标计算了高质量路径。此外，随着物体数量在重叠与非重叠设置中增加，它展现出高度理想的可扩展性。