強化学習プランナとモデル予測制御アクターによる安全保証マニピュレーション
Safety Guaranteed Manipulation Based on Reinforcement Learning Planner and Model Predictive Control Actor
スパース報酬で学習する強化学習プランナとモデル予測制御アクターを組み合わせ、動的障害物のある環境で安全にマニピュレーションタスクを解くフレームワークを提案した。
著者: Zhenshan Bing, Aleksandr Mavrichev, Sicong Shen, Xiangtong Yao, Kejia Chen, Kai Huang, Alois Knoll
分類: cs.RO
原文アブストラクト
Deep reinforcement learning (RL) has been endowed with high expectations in tackling challenging manipulation tasks in an autonomous and self-directed fashion. Despite the significant strides made in the development of reinforcement learning, the practical deployment of this paradigm is hindered by at least two barriers, namely, the engineering of a reward function and ensuring the safety guaranty of learning-based controllers. In this paper, we address these challenging limitations by proposing a framework that merges a reinforcement learning \lstinline[columns=fixed]{planner} that is trained using sparse rewards with a model predictive controller (MPC) \lstinline[columns=fixed]{actor}, thereby offering a safe policy. On the one hand, the RL \lstinline[columns=fixed]{planner} learns from sparse rewards by selecting intermediate goals that are easy to achieve in the short term and promising to lead to target goals in the long term. On the other hand, the MPC \lstinline[columns=fixed]{actor} takes the suggested intermediate goals from the RL \lstinline[columns=fixed]{planner} as the input and predicts how the robot's action will enable it to reach that goal while avoiding any obstacles over a short period of time. We evaluated our method on four challenging manipulation tasks with dynamic obstacles and the results demonstrate that, by leveraging the complementary strengths of these two components, the agent can solve manipulation tasks in complex, dynamic environments safely with a $100\%$ success rate. Videos are available at \url{https://videoviewsite.wixsite.com/mpc-hgg}.
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