可变形线性物体操作的规划与控制

操作可变形线性物体（DLO），如线材、电缆和绳索，是一项常见但具有挑战性的任务，因其具有大量自由度和复杂的变形行为，尤其是在存在障碍物的环境中。现有的局部控制方法效率高但在复杂场景中容易失败，而精确的全局规划器计算密集且难以部署。本文提出了一种高效且易于部署的框架，用于使用移动操作器进行无碰撞的 DLO 操作。我们展示了利用标准规划工具进行高维 DLO 操作的有效性，而无需定制规划器或大量数据驱动模型。我们的方法将现成的全局规划器与实时局部控制器相结合。全局规划器将 DLO 近似为一系列通过球铰连接的刚性链节，从而实现快速路径规划，无需特定问题的规划器或大型数据集。局部控制器采用控制障碍函数（CBF）来强制执行安全约束、保持 DLO 完整性、防止过度应力并处理障碍物规避。它通过使用最先进的基于位置的动力学技术来补偿建模不准确性，该技术近似了杨氏模量和剪切模量等物理属性。我们通过广泛的仿真和真实世界演示验证了我们的框架。在包括帐篷杆运输、走廊导航和需要不同刚度的任务等复杂障碍场景中，我们的方法在数千次试验中实现了 100% 的成功率，与最先进的技术相比显著减少了规划时间。真实世界实验包括使用移动操作器运输帐篷杆和绳索。我们分享了基于 ROS 的实现以促进在各种应用中的采用。