準動的接触モデルの局所平滑化による接触の多いマニピュレーションの大域計画
Global Planning for Contact-Rich Manipulation via Local Smoothing of Quasi-dynamic Contact Models
接触の多い操作タスクに対し、接触力学を凸で微分可能な準動的形式に定式化し平滑化することで、強化学習と同等の性能をはるかに少ない計算量で達成するモデルベース運動計画法を提案した。
著者: Tao Pang, H. J. Terry Suh, Lujie Yang, Russ Tedrake
分類: cs.RO
原文アブストラクト
The empirical success of Reinforcement Learning (RL) in the setting of contact-rich manipulation leaves much to be understood from a model-based perspective, where the key difficulties are often attributed to (i) the explosion of contact modes, (ii) stiff, non-smooth contact dynamics and the resulting exploding / discontinuous gradients, and (iii) the non-convexity of the planning problem. The stochastic nature of RL addresses (i) and (ii) by effectively sampling and averaging the contact modes. On the other hand, model-based methods have tackled the same challenges by smoothing contact dynamics analytically. Our first contribution is to establish the theoretical equivalence of the two methods for simple systems, and provide qualitative and empirical equivalence on a number of complex examples. In order to further alleviate (ii), our second contribution is a convex, differentiable and quasi-dynamic formulation of contact dynamics, which is amenable to both smoothing schemes, and has proven through experiments to be highly effective for contact-rich planning. Our final contribution resolves (iii), where we show that classical sampling-based motion planning algorithms can be effective in global planning when contact modes are abstracted via smoothing. Applying our method on a collection of challenging contact-rich manipulation tasks, we demonstrate that efficient model-based motion planning can achieve results comparable to RL with dramatically less computation. Video: https://youtu.be/12Ew4xC-VwA
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