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移動ロボット制御arXiv:2510.05443

AD-NODE: 移動ロボット制御のための適応的ダイナミクス学習とニューラルODE

AD-NODE: Adaptive Dynamics Learning with Neural ODEs for Mobile Robots Control

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状態行動履歴から環境を推定する適応的ダイナミクスモデルをニューラルODEで構築し、モデル予測制御と統合して移動ロボットの目標到達・経路追従を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 移動ロボット(地上車両やクアッドロータ)の制御のための適応的ダイナミクスモデル。 - 環境情報に直接アクセスできない場合でも、状態-行動履歴から動作環境を推論する。 - Neural ODE に基づき、2段階の訓練手順で潜在環境表現を学習。 - Model Predictive Control との統合を容易にする。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 先行研究と比べて、環境情報を直接必要とせず、状態-行動履歴から環境を推論する点が新しい。 - Neural ODE を用いた適応的ダイナミクスモデルで、時空間的に変化する環境変化に対処。 - シミュレーションと実世界の両方で有効性を検証。 - 具体的な比較対象は要旨からは不明。

3. 技術・手法の肝は?

- Neural ODE をベースにした適応的ダイナミクスモデル。 - 状態-行動履歴から環境を推論する潜在環境表現を学習。 - 2段階の訓練手順を採用。 - Model Predictive Control と統合可能。

4. どうやって有効だと検証した?

- 3つのロボットプラットフォームで検証: - 2D differential wheeled robot(車輪接触条件が変化) - 3D quadrotor(変動する風場) - Sphero BOLT robot(2つの接触条件、実世界展開) - 目標到達タスクと経路追従タスクで評価。 - シミュレーションと実世界の両方で時空間的に変化する環境変化に対処できることを実証。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。 - ただし、環境情報に直接アクセスできない場合の適応性と Model Predictive Control との統合が議論の焦点と考えられる。

6. 次に読むべき論文は?

- Neural ODE に関する元論文(Chen et al., 2018)。 - Model Predictive Control と学習ベースダイナミクスの統合に関する研究。 - 適応的ダイナミクスモデルや潜在表現学習を用いたロボット制御の関連研究。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Shao-Yi Yu, Jen-Wei Wang, Maya Horii, Vikas Garg, Tarek Zohdi

分類: cs.RO, cs.LG, cs.SY, eess.SY

原文アブストラクト

Mobile robots, such as ground vehicles and quadrotors, are becoming increasingly important in various fields, from logistics to agriculture, where they automate processes in environments that are difficult to access for humans. However, to perform effectively in uncertain environments using model-based controllers, these systems require dynamics models capable of responding to environmental variations, especially when direct access to environmental information is limited. To enable such adaptivity and facilitate integration with model predictive control, we propose an adaptive dynamics model which bypasses the need for direct environmental knowledge by inferring operational environments from state-action history. The dynamics model is based on neural ordinary equations, and a two-phase training procedure is used to learn latent environment representations. We demonstrate the effectiveness of our approach through goal-reaching and path-tracking tasks on three robotic platforms of increasing complexity: a 2D differential wheeled robot with changing wheel contact conditions, a 3D quadrotor in variational wind fields, and the Sphero BOLT robot under two contact conditions for real-world deployment. Empirical results corroborate that our method can handle temporally and spatially varying environmental changes in both simulation and real-world systems.

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