特異点耐性を持つ階層型タスク制御による産業用マニピュレータのリアルタイムモデル予測制御
Real-Time Model Predictive Control for Industrial Manipulators with Singularity-Tolerant Hierarchical Task Control
階層型制御器が生成する軌道に沿って線形化したモデルを用いた線形MPCを解くことで、1kHz以上の更新周波数で複数タスクを実行しつつ、関節・速度・トルク制約や特異点回避を実現する手法を提案し、産業用マニピュレータで検証した。
著者: Jaemin Lee, Mingyo Seo, Andrew Bylard, Robert Sun, Luis Sentis
分類: cs.RO
原文アブストラクト
This paper proposes a real-time model predictive control (MPC) scheme to execute multiple tasks using robots over a finite-time horizon. In industrial robotic applications, we must carefully consider multiple constraints for avoiding joint position, velocity, and torque limits. In addition, singularity-free and smooth motions require executing tasks continuously and safely. Instead of formulating nonlinear MPC problems, we devise linear MPC problems using kinematic and dynamic models linearized along nominal trajectories produced by hierarchical controllers. These linear MPC problems are solvable via the use of Quadratic Programming; therefore, we significantly reduce the computation time of the proposed MPC framework so the resulting update frequency is higher than 1 kHz. Our proposed MPC framework is more efficient in reducing task tracking errors than a baseline based on operational space control (OSC). We validate our approach in numerical simulations and in real experiments using an industrial manipulator. More specifically, we deploy our method in two practical scenarios for robotic logistics: 1) controlling a robot carrying heavy payloads while accounting for torque limits, and 2) controlling the end-effector while avoiding singularities.
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