論文の概要: Coordinated Manipulation of Hybrid Deformable-Rigid Objects in Constrained Environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.12940v1
- Date: Fri, 13 Mar 2026 12:34:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-03-21 18:33:56.764499
- Title: Coordinated Manipulation of Hybrid Deformable-Rigid Objects in Constrained Environments
- Title（参考訳）: 拘束環境下でのハイブリッド変形可能なリジッド物体の協調操作
- Abstract要約: 本研究は, ひずみに基づくコッサートロッドモデルを用いた準静電最適化に基づく操作プランナを提案する。
これは、厳密なツールで到達不能なオブジェクトに対して、タスク空間の目的を達成する一方で、制約を通して操作するための変形可能なリンクのコンプライアンスを利用する。
提案アルゴリズムは、様々なhDLOシステム上でのシミュレーションや、双腕ロボットシステムを用いた制約環境で操作された3リンクhDLOの実験で検証される。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 3.915966095774856
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
- Abstract: Coordinated robotic manipulation of deformable linear objects (DLOs), such as ropes and cables, has been widely studied; however, handling hybrid assemblies composed of both deformable and rigid elements in constrained environments remains challenging. This work presents a quasi-static optimization-based manipulation planner that employs a strain-based Cosserat rod model, extending rigid-body formulations to hybrid deformable linear objects (hDLO). The proposed planner exploits the compliance of deformable links to maneuver through constraints while achieving task-space objectives for the object that are unreachable with rigid tools. By leveraging a differentiable model with analytically derived gradients, the method achieves up to a 33x speedup over finite-difference baselines for inverse kinetostatic(IKS) problems. Furthermore, the subsequent trajectory optimization problem, warm-started using the IKS solution, is only practically realizable via analytical derivatives. The proposed algorithm is validated in simulation on various hDLO systems and experimentally on a three-link hDLO manipulated in a constrained environment using a dual-arm robotic system. Experimental results confirm the planner's accuracy, yielding an average deformation error of approximately 3 cm (5% of the deformable link length) between the desired and measured marker positions. Finally, the proposed optimal planner is compared against a sampling-based feasibility planner adapted to the strain-based formulation. The results demonstrate the effectiveness and applicability of the proposed approach for robotic manipulation of hybrid assemblies in constrained environments.
- Abstract（参考訳）: ロープやケーブルなどの変形性線形物体(DLO)の協調ロボット操作は広く研究されているが, 拘束環境下での変形性と剛性の両方からなるハイブリッドアセンブリの扱いは依然として困難である。
本研究は, ひずみに基づくCosseratロッドモデルを用いて, 剛体定式化をハイブリッド変形可能な線形物体(hDLO)に拡張する準静的最適化に基づく操作プランナを提案する。
提案したプランナは,厳密なツールで到達不能なオブジェクトに対して,タスク空間の目的を達成しつつ,制約を通した操作を行うための変形可能なリンクのコンプライアンスを利用する。
解析的に導出された勾配を持つ微分可能なモデルを利用することで、逆キネトスタティック(IKS)問題に対する有限差ベースラインの最大33倍の高速化を実現する。
さらに、その後の軌道最適化問題は、IKS溶液を用いてウォームスタートし、解析的微分によって実際に実現可能である。
提案アルゴリズムは、様々なhDLOシステム上でのシミュレーションや、双腕ロボットシステムを用いて制約環境で操作された3リンクhDLOの実験で検証される。
実験により,所望のマーカー位置と測定されたマーカー位置との間の平均変形誤差が約3cm(変形可能なリンク長の5%)であることが確認された。
最後に, 提案した最適プランナーを, ストレインベース定式化に適応したサンプリングベース実現プランナーと比較した。
その結果、制約環境下でのハイブリッドアセンブリのロボット操作における提案手法の有効性と適用性を示した。
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