Fast deep swept volume estimator

Despite decades of research on efficient swept volume computation for robotics, computing the exact swept volume is intractable and approximate swept volume algorithms have been computationally prohibitive for applications such as motion and task planning. In this work, we employ deep neural networks (DNNs) for fast swept volume estimation. Since swept volume is a property of robot kinematics, a DNN can be trained off-line once in a supervised manner and deployed in any environment. The trained DNN is fast during on-line swept volume geometry or size inferences. Results show that DNNs can accurately and rapidly estimate swept volumes caused by rotational, translational, and prismatic joint motions. Sampling-based planners using the learned distance are up to five times more efficient and identify paths with smaller swept volumes on simulated and physical robots. Results also show that swept volume geometry estimation with a DNN is over 98.9% accurate and 1,200 times faster than an octree-based swept volume algorithm.

Compact and efficient implicit representations

Στην προοπτική του χειρισμού γεωμετρικών αντικειμένων, υπάρχουν δύο κύριες αναπαραστάσεις καμπυλών και επιφανειών: παραμετρικές και αλγεβρικές αναπαραστάσεις. Και οι δύο είναι χρήσιμες για διαφορετικούς σκοπούς και έτσι αλληλοσυμπληρώνονται. Οι παραμετρικές αναπαραστάσεις είναι αποτελεσματικές στα σημεία δειγματοληψίας ενός αντικειμένου. Οι αλγεβρικές αναπαραστάσεις είναι αποτελεσματικές για τον προσδιορισμό του αν ένα σημείο ανήκει σε ένα αντικείμενο ή όχι. Εξαιτίας αυτού, η κατοχή και των δύο αναπαραστάσεων για το ίδιο αντικείμενο μεγιστοποιεί το εύρος των λειτουργιών που μπορούν να πραγματοποιηθούν με το αντικείμενο αυτό. Η μετάβαση από μία αναπαράσταση σε άλλη δεν είναι εύκολη υπόθεση. Απαιτεί συνήθως τη χρήση αλγεβρικών ιδιοτήτων. Έτσι, υπάρχει μια ισχυρή σχέση μεταξύ άλγεβρας και γεωμετρίας, που συμβολίζεται από τα αλγεβρικά σύνολα: είναι γεωμετρικά αντικείμενα που περιγράφονται από αλγεβρικές εξισώσεις. Η μετάβαση από την παραμετρική στην αλγεβρική αναπαράσταση καλείται αλγεβρικοποίηση. Αυτή η εργασία εξετάζει νέα είδη αλγεβρικών αναπαραστάσεων και αλγορίθμων για τον υπολογισμό αλγεβρικών αναπαραστάσεων. Δείχνουμε ότι διάφορες μέθοδοι προσαρμόζονται σε διαφορετικές καταστάσεις, ακόμη και όταν πρόκειται για την επιλογή μιας αλγεβρικής αναπαράστασης μεταξύ διαφόρων αλγεβρικών αναπαραστάσεων. Οι καμπύλες στον χώρο μπορούν έτσι να περιγραφούν αλγεβρικά με κωνικές επιφάνειες, κινούμενες γραμμές και/ή κινούμενη τετραγωνική επιφάνεια… όπου κάθε περιγραφή έχει διαφορετικές γεωμετρικές ιδιότητες και πρακτική χρήση. Εφόσον δεν υπάρχει βέλτιστη αναπαράσταση ή βέλτιστος αλγόριθμος αλλαγής αναπαράστασης για όλες τις περιπτώσεις, επιλέγουμε να αναπτύξουμε μεθόδους που ταιριάζουν σε διάφορα είδη γνωστών πληροφοριών σχετικά με το αντικείμενο που θέλουμε να αντιπροσωπεύουμε. Όπως δείχνουμε, τα αντικείμενα που κατασκευάζονται με τη μετατόπιση ενός άκαμπτου σώματος (swept volumes) μπορούν να αναπαρίστανται χρησιμοποιώντας τη γνώση αυτής της φύσης. Ομοίως, πολύ συγκεκριμένες καμπύλες μπορεί να έχουν περίπλοκη αλγεβρική δομή. Ανάλογα με την ανοχή μας στην προσέγγιση, τέτοιες καμπύλες μπορούν έτσι να διαταραχθούν για να απλουστεύσουν σε μεγάλο βαθμό την αλγεβρική δομή τους ή, αντίθετα, να αναπαρασταθούν από ένα σχήμα πλούσιας αλγεβρικής δομής.

Error Estimation of Machined Surfaces in Multi-Axis Machining with Machine Tool Errors Including Tool Self-Intersecting Motion Based on High-Accuracy Tool Swept Volumes

A novel method is proposed for estimating the machining errors on machined surfaces caused by errors of multi-axis machine tools, such as geometric errors, based on a new generating method of tool swept volumes. In the proposed tool swept volume generation method, the boundary surfaces of the tool swept volumes are derived as triangular mesh models satisfying the required approximation accuracy based on the tangency condition. Using the proposed method, tool swept volumes can be derived for various tool paths including the tool self-intersecting motion. A tool path evaluation method based on the error vectors with respect to the start position of a specific tool path is also proposed. In the proposed evaluation method, error vectors on machined surfaces are derived by comparing the points on the nominal tool swept volumes (excluding the machine tool errors) with the triangles on the error tool swept volumes (including the machine tool errors).

A Method of Motion-Based Immersive Design System for Vehicle Occupant Package

Assessing user experience on a new vehicle design objectively is critical for an automotive company to improve customer satisfactory of its products. The technology of motion capture and digital human modeling has been utilized in many recent studies to assist in the design process of a new product. Motions of human interacting with a new product are captured or simulated. The human body trajectory and swept volumes of the motion are overlaid with the product geometry in CAD, providing a guidance for the direction of new design changes. However, a CAD system generally requires some training to be efficiently used to review a design. A more intuitive and easier approach is preferred. In recent years, Virtual and Augmented Reality (VR/AR) are taking root in engineering area. The technology provide great advantages to the applications of design review, process simulation, maintenance, and training, etc., by expanding the physical world with virtual components or helpful information. This paper presents a new method of motion-based immersive design system for vehicle occupant package that integrates the technologies of VR/AR and digital human modeling. The method incorporates human motions captured or simulated along with the new geometry of a vehicle compartment inside a VR/AR environment. Through this, the designer is able to not only immersively experience the new design, but also observe the behavior of different users interacting with the design in the 3D environment. It provides a systematic and intuitive approach for a designer to quickly iterate through the test-review-revise design cycle and achieve a more accommodating and occupant friendly vehicle compartment design.