Koopman作用素とモデル予測制御によるソフトロボットのモデリングと制御
Modeling and Control of Soft Robots Using the Koopman Operator and Model Predictive Control
Koopman作用素理論を用いてソフトロボットの明示的な線形力学モデルをデータから構築し、モデル予測制御に適用。空気圧ソフトロボットアームで実機検証し、従来の線形状態空間モデルに基づくMPCより優れた軌道追従性能を示した。
著者: Daniel Bruder, Brent Gillespie, C. David Remy, Ram Vasudevan
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Controlling soft robots with precision is a challenge due in large part to the difficulty of constructing models that are amenable to model-based control design techniques. Koopman Operator Theory offers a way to construct explicit linear dynamical models of soft robots and to control them using established model-based linear control methods. This method is data-driven, yet unlike other data-driven models such as neural networks, it yields an explicit control-oriented linear model rather than just a "black-box" input-output mapping. This work describes this Koopman-based system identification method and its application to model predictive controller design. A model and MPC controller of a pneumatic soft robot arm was constructed via the method, and its performance was evaluated over several trajectory following tasks in the real-world. On all of the tasks, the Koopman-based MPC controller outperformed a benchmark MPC controller based on a linear state-space model of the same system.
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