Manipulation task planning and motion control using task relaxations

Abstract

Esta disserta¸c˜ao de mestrado trata da integra¸c˜ao de planejamento de tarefas e controle de movimento em rob´otica de manipula¸c˜ao para tarefas que podem ser relaxadas. O objetivo ´e gerar automaticamente sequˆencias fact´ıveis de manipula¸c˜ao para serem executadas por um controlador que considera restri¸c˜oes geom´etricas impostas pela tarefa. Para lidar com a alta dimensionalidade do problema de manipula¸c˜ao e a complexidade de especificar tarefas, foi usado um arcabou¸co multicamadas para planejamento de tarefa e movimento adaptado da literatura. O arcabou¸co adaptado consiste de um planejador de alto n´ıvel, que gera planos de tarefa para especifica¸c˜oes em l´ogica temporal linear, e um controlador de movimento de baixo n´ıvel baseado em otimiza¸c˜ao com restri¸c˜oes, que permite definir regi˜oes de interesse ao inv´es de localidades exatas e ´e reativo a mudan¸cas no espa¸co de trabalho. Logo, n˜ao h´a adi¸c˜ao de tempo de planejamento de movimento ao tempo total de planejamento. Al´em disso, como n˜ao h´a fase de replanejamento devido a falhas em um planejador de movimento, as a¸c˜oes para o robˆo s˜ao geradas apenas uma vez para cada tarefa, portanto, a busca por plano de tarefas ocorre em um grafo est´atico. Com rela¸c˜ao ao relaxamento de tarefas, a a¸c˜ao do plano de tarefas de segurar um objeto at´e uma regi˜ao alvo ´e relaxada fazendo-se controle de distˆancia ao plano alvo ao inv´es de controle de pose. Desse modo, ao inv´es de utilizar-se seis graus de liberdade para controlar a pose, apenas um grau de liberdade ´e utilizado para controlar a distˆancia ao plano. Para manter o efetuador dentro de uma regi˜ao de interesse e fora de uma regi˜ao proibida enquanto ele se desloca para o plano, restri¸c˜oes s˜ao adicionadas. Com as restri¸c˜oes, o efetuador se move para a regi˜ao alvo no plano, que ´e delimitada pela combina¸c˜ao de primitivas geom´etricas. Utilizando-se restri¸c˜oes por planos, foi definida uma regi˜ao alvo quadrada que resulta em uma regi˜ao de interesse na forma de um tronco de pirˆamide invertido. Al´em disso, foi proposta uma nova interpreta¸c˜ao de restri¸c˜ao cˆonica chamada restri¸c˜ao ponto-cone que permite definir regi˜oes alvos circulares e que resulta em um tronco de cone invertido. Essa abordagem foi testada com tarefas de pick-and-place com complexidade similar `a das tarefas realizadas no arcabou¸co original. O n´umero de n´os de planejamento gerados foi reduzido, o que implica em menor tempo total de planejamento. Por fim, foi mostrado que o efetuador permanece dentro da regi˜ao de interesse e se move em dire¸c˜ao ao plano alvo tanto no caso da regi˜ao quadrada quanto no caso da regi˜ao circular.