用于无自缠绕系留路径规划的稀疏航点有效性检查

本文提出了一种为系留差速驱动机器人推导无自缠绕 (SEF) 路径的新机制。该问题针对的是在无法使用全向收绳器的情况下部署系留差速驱动机器人。当全向收绳机构与其他几何复杂设备（例如机械臂）难以同时配备时，这种情况经常遇到，这在灾害恢复、空间探索等应用中尤为相关。若不注意系绳形状与移动单元位姿之间的空间关系，机器人运动时会出现自缠绕问题，导致不安全的机器人运动并存在损坏系绳的风险。本文中，首先将 SEF 约束表述为相对角度函数的有界性，该函数刻画了系绳拉伸方向与机器人航向方向之间的角度差。然后，提出了一种基于约束搜索的路径规划算法，该算法生成一条次优路径，同时确保避免系绳自缠绕。最后，通过证明原始路径有效性检查模块的条件稀疏性，进一步提升了所提路径规划器的算法效率。通过案例研究评估了所提算法的有效性，将其性能与在无系留差速驱动规划器于具有挑战性的规划场景中进行比较。进一步对常规节点扩展模块与融合了稀疏航点有效性检查的改进节点扩展模块进行了对比分析。还进行了真实世界测试以验证算法的性能。同时为机器人社区提供了开源实现。