Surface manipulation tasks require robots to generate trajectories that comprehensively cover complex 3D surfaces while maintaining precise end-effector poses. Existing ergodic trajectory optimization (TO) methods demonstrate success in coverage tasks, while struggling with point-cloud targets due to the nonconvex optimization landscapes and the inadequate handling of SE(3) constraints in sampling-as-optimization (SAO) techniques. In this work, we introduce a preconditioned SE(3) Stein Variational Gradient Descent (SVGD) approach for SAO ergodic trajectory generation. Our proposed approach comprises multiple innovations. First, we reformulate point-cloud ergodic coverage as a manifold-aware sampling problem. Second, we derive SE(3)-specific SVGD particle updates, and, third, we develop a preconditioner to accelerate TO convergence. Our sampling-based framework consistently identifies superior local optima compared to strong optimization-based and SAO baselines while preserving the SE(3) geometric structure. Experiments on a 3D point-cloud surface coverage benchmark and robotic surface drawing tasks demonstrate that our method achieves superior coverage quality with tractable computation in our setting relative to existing TO and SAO approaches, and is validated in real-world robot experiments.


翻译:曲面操控任务要求机器人能够生成在全面覆盖复杂三维曲面的同时保持精确末端执行器位姿的轨迹。现有的遍历轨迹优化方法在覆盖任务中已展现出成功,但由于非凸优化景观以及在采样即优化技术中对SE(3)约束处理不足,其在处理点云目标时面临困难。在本工作中,我们提出了一种用于SAO遍历轨迹生成的预条件SE(3) Stein变分梯度下降方法。我们提出的方法包含多项创新。首先,我们将点云遍历覆盖重新表述为一个流形感知的采样问题。其次,我们推导了SE(3)特定的SVGD粒子更新规则,并且第三,我们开发了一种预条件子以加速轨迹优化的收敛。与基于优化的强基线方法和SAO基线方法相比,我们基于采样的框架在保持SE(3)几何结构的同时,能够一致地识别出更优的局部最优解。在三维点云曲面覆盖基准测试和机器人曲面绘制任务上的实验表明,相对于现有的轨迹优化和SAO方法,我们的方法在可处理的计算量下实现了更优的覆盖质量,并在真实世界机器人实验中得到了验证。

0
下载
关闭预览

相关内容

【阿姆斯特丹博士论文】在测试时学习泛化
专知会员服务
12+阅读 · 2025年6月3日
【CVPR2022】EDTER:基于Transformer的边缘检测(CVPR2022)
专知会员服务
33+阅读 · 2022年3月18日
【模型泛化教程】标签平滑与Keras, TensorFlow,和深度学习
专知会员服务
21+阅读 · 2019年12月31日
详解GAN的谱归一化(Spectral Normalization)
PaperWeekly
11+阅读 · 2019年2月13日
基于几何特征的激光雷达地面点云分割
泡泡机器人SLAM
15+阅读 · 2018年4月1日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 3月11日
VIP会员
最新内容
机器的崛起:美海军陆战队组建机器人营思考
专知会员服务
6+阅读 · 9月8日
无面之战:人工智能如何重绘权力版图
专知会员服务
4+阅读 · 9月8日
《最强大的军事网状网络》
专知会员服务
9+阅读 · 9月7日
《预测陆军征兵任务分配》110页
专知会员服务
7+阅读 · 9月7日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员