Empurrão Planar Colaborativo de Objetos Politópicos com Múltiplos Robôs em Cenas Complexas

Empurrar é uma habilidade simples, mas eficaz, para os robôs interagirem e, assim, mudarem o ambiente. Trabalhos relacionados têm se concentrado principalmente em utilizá-lo como um primitivo de manipulação não-preensível para um manipulador robótico. No entanto, também pode ser benéfico para robôs móveis de baixo custo que não estão equipados com um manipulador. Este trabalho aborda o problema geral de controlar uma equipe de robôs móveis para empurrar colaborativamente objetos politópicos em ambientes complexos e repletos de obstáculos. Ele incorpora vários desafios característicos para tarefas ricas em contato, como a troca híbrida entre diferentes modos de contato e a sub-atuacão devido a forças de contato restritas. O método proposto é baseado em otimização híbrida sobre uma sequência de modos possíveis e as forças de empurrão associadas, onde (i) um conjunto de modos suficientes é gerado com uma estimativa de viabilidade multidirecional, baseada em análises quasi-estáticas para objetos gerais e qualquer número de robôs; (ii) um algoritmo de busca híbrida hierárquica é projetado para decompor iterativamente o caminho de navegação em segmentos de arco e selecionar o modo parametrizado ótimo; e (iii) um controlador preditivo não linear é proposto para rastrear as velocidades de empurrão desejadas adaptativamente online para cada robô. A estrutura proposta é completa sob suposições leves. Sua eficiência e eficácia são validadas em simulações de alta fidelidade e experimentos em hardware. A robustez a incertezas de movimento e atuação também é demonstrada.