ガウス過程を用いたモデル予測インピーダンス制御:人間と環境とのインタラクション
Model Predictive Impedance Control with Gaussian Processes for Human and Environment Interaction
ガウス過程で学習したタスクモデルを用い、人間の目標や環境の不確かさを考慮しながら軌道とインピーダンスをオンラインで計画するモデル予測制御フレームワークを提案し、協調作業で検証した。
著者: Kevin Haninger, Christian Hegeler, Luka Peternel
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Robotic tasks which involve uncertainty--due to variation in goal, environment configuration, or confidence in task model--may require human input to instruct or adapt the robot. In tasks with physical contact, several existing methods for adapting robot trajectory or impedance according to individual uncertainties have been proposed, e.g., realizing intention detection or uncertainty-aware learning from demonstration. However, isolated methods cannot address the wide range of uncertainties jointly present in many tasks. To improve generality, this paper proposes a model predictive control (MPC) framework which plans both trajectory and impedance online, can consider discrete and continuous uncertainties, includes safety constraints, and can be efficiently applied to a new task. This framework can consider uncertainty from: contact constraint variation, uncertainty in human goals, or task disturbances. An uncertainty-aware task model is learned from a few ($\leq3$) demonstrations using Gaussian Processes. This task model is used in a nonlinear MPC problem to optimize robot trajectory and impedance according to belief in discrete human goals, human kinematics, safety constraints, contact stability, and frequency-domain disturbance rejection. This MPC formulation is introduced, analyzed with respect to convexity, and validated in co-manipulation with multiple goals, a collaborative polishing task, and a collaborative assembly task.
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