驱动对象形态变化的机器人操作的联合建模与规划

Existing robotic manipulation aims to drive the change of the position and posture of the object, while recently many industrial and national defense fields and cutting-edge research fields demand a new task, robotic manipulation to drive deformation of the object, which realizes specific function due to the object formation or distribution. However, existing robotic manipulation planning method does not consider the constraints caused by the characters and process of the object deformation, thus is not applicable to the new robotic manipulation task. Therefore, this research proposes to study a modeling and planning approach to robotic manipulation to drive object deformation. Studies on modeling, planning, and validation will be conducted, including: (1) modeling of deformable objects towards robotic manipulation using generalized structural elements and algorithms of model regeneration of the deformed objects; (2) construction of the integrated planning space consisting of the state of both the deforming object and the robot, and planning of object deformation process and the robot manipulation in this space, and (3) validation of the above mentioned methods using both simulation and hard robotic system with real manipulation tasks. Construction of modeling and planning approach to robotic manipulation to drive object deformation will support and promote its innovative application, thus has distinct significance.

目前机器人操作多以驱动对象的位姿变化为目标，近期很多重要的工业、国防及前沿科学研究领域提出了一种新的任务需求，即通过机器人操作来改变对象的形态以实现对象的特定形态功能或空间分布。现有机器人操作规划方法无法考虑对象的形变特性及形变过程对操作形成的约束，难以直接用于新操作任务。针对上述问题，本项目拟研究驱动对象形态变化的机器人操作的建模与规划方法。研究将从建模、规划和实验三个方面来展开，（1）机器人操作驱动下的形变对象与形变过程建模：基于通用结构单元建立形变对象模型和操作驱动的对象新形态生成方法；（2）“机器人—对象”联合规划：建立有对象形变状态及机器人状态的联合空间，并在联合空间进行对象形变过程和机器人操作的规划；（3）实验验证：基于实际操作任务对上述方法进行仿真和样机实验验证。驱动对象形态变化的机器人操作的联合建模及规划方法的建立，将为其创新应用奠定理论及方法基础，具有重要意义。

目前机器人操作多以驱动对象的位姿变化为目标，近期很多重要的工业、国防及前沿科学研究领域提出了一种新的任务需求，即通过机器人操作来改变对象的形态以实现对象的特定形态功能或空间分布。现有机器人操作规划方法无法考虑对象的形变特性及形变过程对操作形成的约束，难以直接用于新操作任务。针对上述问题，本项目研究了驱动对象形态变化的机器人操作的建模与规划方法。从建模、规划和实验三个方面完成了，（1）机器人操作驱动下的形变对象与形变过程建模方法；（2）“机器人—对象”联合规划方法；（3）基于实际操作任务对上述方法进行仿真和样机实验验证。通过驱动对象形态变化的机器人操作的联合建模及规划方法的建立以及实际操作任务的应用，为实现其创新应用奠定理论及方法基础。