結び目の計画のための位相的動作プリミティブの学習
Learning Topological Motion Primitives for Knot Planning
結び目理論に基づくトップ層の位相計画と、人間の実演と強化学習で訓練した下層の動作プリミティブを組み合わせ、ロープ結びの動作計画を生成・実機実行する階層的手法を提案した。
著者: Mengyuan Yan, Gen Li, Yilin Zhu, Jeannette Bohg
分類: cs.RO
原文アブストラクト
In this paper, we approach the challenging problem of motion planning for knot tying. We propose a hierarchical approach in which the top layer produces a topological plan and the bottom layer translates this plan into continuous robot motion. The top layer decomposes a knotting task into sequences of abstract topological actions based on knot theory. The bottom layer translates each of these abstract actions into robot motion trajectories through learned topological motion primitives. To adapt each topological action to the specific rope geometry, the motion primitives take the observed rope configuration as input. We train the motion primitives by imitating human demonstrations and reinforcement learning in simulation. To generalize human demonstrations of simple knots into more complex knots, we observe similarities in the motion strategies of different topological actions and design the neural network structure to exploit such similarities. We demonstrate that our learned motion primitives can be used to efficiently generate motion plans for tying the overhand knot. The motion plan can then be executed on a real robot using visual tracking and Model Predictive Control. We also demonstrate that our learned motion primitives can be composed to tie a more complex pentagram-like knot despite being only trained on human demonstrations of simpler knots.
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