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飛行制御/強化学習arXiv:2502.12355

深層強化学習によるソフトアクチュエータ昆虫サイズ飛行ロボットのホバリング飛行

Hovering Flight of Soft-Actuated Insect-Scale Micro Aerial Vehicles using Deep Reinforcement Learning

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遅延や不確かさに対処するため、状態行動再マッチング付き行動クローニングとPPOを組み合わせた深層強化学習制御器を設計し、720mgと850mgのソフト駆動昆虫サイズ飛行ロボットでゼロショットホバリングを実現した。

著者: Yi-Hsuan Hsiao, Wei-Tung Chen, Yun-Sheng Chang, Pulkit Agrawal, YuFeng Chen

分類: cs.RO, cs.LG, cs.SY, eess.SY

原文アブストラクト

Soft-actuated insect-scale micro aerial vehicles (IMAVs) pose unique challenges for designing robust and computationally efficient controllers. At the millimeter scale, fast robot dynamics ($\sim$ms), together with system delay, model uncertainty, and external disturbances significantly affect flight performances. Here, we design a deep reinforcement learning (RL) controller that addresses system delay and uncertainties. To initialize this neural network (NN) controller, we propose a modified behavior cloning (BC) approach with state-action re-matching to account for delay and domain-randomized expert demonstration to tackle uncertainty. Then we apply proximal policy optimization (PPO) to fine-tune the policy during RL, enhancing performance and smoothing commands. In simulations, our modified BC substantially increases the mean reward compared to baseline BC; and RL with PPO improves flight quality and reduces command fluctuations. We deploy this controller on two different insect-scale aerial robots that weigh 720 mg and 850 mg, respectively. The robots demonstrate multiple successful zero-shot hovering flights, with the longest lasting 50 seconds and root-mean-square errors of 1.34 cm in lateral direction and 0.05 cm in altitude, marking the first end-to-end deep RL-based flight on soft-driven IMAVs.

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