外乱を考慮したMPCと姿勢最適化による人間-ロボット協調搬送
Human-Robot Co-Transportation using Disturbance-Aware MPC with Pose Optimization
移動台車とマニピュレータを備えたロボットが人間と協調して物体を運ぶ際、外乱に強いMPCと腕の姿勢最適化を組み合わせて制御する手法を提案し、シミュレーションと実機で有効性を示した。
著者: Al Jaber Mahmud, Amir Hossain Raj, Duc M. Nguyen, Weizi Li, Xuesu Xiao, Xuan Wang
分類: cs.RO
原文アブストラクト
This paper proposes a new control algorithm for human-robot co-transportation using a robot manipulator equipped with a mobile base and a robotic arm. We integrate the regular Model Predictive Control (MPC) with a novel pose optimization mechanism to more efficiently mitigate disturbances (such as human behavioral uncertainties or robot actuation noise) during the task. The core of our methodology involves a two-step iterative design: At each planning horizon, we determine the optimal pose of the robotic arm (joint angle configuration) from a candidate set, aiming to achieve the lowest estimated control cost. This selection is based on solving a disturbance-aware Discrete Algebraic Ricatti Equation (DARE), which also determines the optimal inputs for the robot's whole body control (including both the mobile base and the robotic arm). To validate the effectiveness of the proposed approach, we provide theoretical derivation for the disturbance-aware DARE and perform simulated experiments and hardware demos using a Fetch robot under varying conditions, including different trajectories and different levels of disturbances. The results reveal that our proposed approach outperforms baseline algorithms.
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