ロボットマニピュレータにおける安全で高速な追従制御:ロバストMPCとニューラルネットワーク制御の融合
Safe and Fast Tracking on a Robot Manipulator: Robust MPC and Neural Network Control
ロバストモデル予測制御(MPC)とニューラルネットワークによる近似を組み合わせ、マニピュレータの安全かつ高速な目標追従を実現した。MPCの計算時間をNNで大幅に短縮し、実機実験で有効性を示した。
著者: Julian Nubert, Johannes Köhler, Vincent Berenz, Frank Allgöwer, Sebastian Trimpe
分類: cs.RO, cs.LG, cs.SY, eess.SY
原文アブストラクト
Fast feedback control and safety guarantees are essential in modern robotics. We present an approach that achieves both by combining novel robust model predictive control (MPC) with function approximation via (deep) neural networks (NNs). The result is a new approach for complex tasks with nonlinear, uncertain, and constrained dynamics as are common in robotics. Specifically, we leverage recent results in MPC research to propose a new robust setpoint tracking MPC algorithm, which achieves reliable and safe tracking of a dynamic setpoint while guaranteeing stability and constraint satisfaction. The presented robust MPC scheme constitutes a one-layer approach that unifies the often separated planning and control layers, by directly computing the control command based on a reference and possibly obstacle positions. As a separate contribution, we show how the computation time of the MPC can be drastically reduced by approximating the MPC law with a NN controller. The NN is trained and validated from offline samples of the MPC, yielding statistical guarantees, and used in lieu thereof at run time. Our experiments on a state-of-the-art robot manipulator are the first to show that both the proposed robust and approximate MPC schemes scale to real-world robotic systems.
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