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人ロボット協調arXiv:2512.03707

ContactRL: 接触を伴う人ロボット協調のための安全強化学習に基づく動作計画

ContactRL: Safe Reinforcement Learning based Motion Planning for Contact based Human Robot Collaboration

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力フィードバックを報酬に組み込み、接触力を抑えつつタスクを遂行する強化学習フレームワークを提案し、制御バリア関数による安全保証と実機での物体受け渡し実験で有効性を示した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 人とロボットの協働タスクにおいて、衝突回避だけでなく意図的な物理接触の安全性を確保する強化学習(RL)ベースの動作計画フレームワーク「ContactRL」を提案。 - 力フィードバックを報酬関数に直接組み込み、接触力を最小化しつつタスク効率を維持する適応的な動作プロファイルを学習。 - シミュレーションと実機(UR3e)で検証し、安全な接触を実現。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の制約付きRLベースラインと比較して、シミュレーションで安全違反率0.2%、タスク成功率87.7%を達成し、優位性を示す。 - 接触安全性を報酬に直接組み込む点が先行研究と異なる。 - 学習方策に運動エネルギーに基づくControl Barrier Function(eCBF)シールドを追加し、展開時の安全性を保証。

3. 技術・手法の肝は?

- 力フィードバックを報酬関数に組み込み、接触力を最小化する適応的動作を学習するRLフレームワーク。 - 学習方策をeCBFシールドで拡張し、運動エネルギーに基づく安全制約を課す。 - 実機UR3eでの物体受け渡しタスクに適用。

4. どうやって有効だと検証した?

- シミュレーションで安全違反率0.2%、タスク成功率87.7%を達成し、制約付きRLベースラインと比較。 - 実世界実験:UR3eを用いた人間からの小物体受け渡しを360試行実施し、法線力が常に10N未満であることを確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で参照/比較されている研究:制約付きRLベースライン、Control Barrier Function(eCBF)。 - 関連手法:安全強化学習、制約付きRL、Control Barrier Function。

※ 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: Sundas Rafat Mulkana, Ronyu Yu, Tanaya Guha, Emma Li

分類: cs.RO

原文アブストラクト

In collaborative human-robot tasks, safety requires not only avoiding collisions but also ensuring safe, intentional physical contact. We present ContactRL, a reinforcement learning (RL) based framework that directly incorporates contact safety into the reward function through force feedback. This enables a robot to learn adaptive motion profiles that minimize human-robot contact forces while maintaining task efficiency. In simulation, ContactRL achieves a low safety violation rate of 0.2\% with a high task success rate of 87.7\%, outperforming state-of-the-art constrained RL baselines. In order to guarantee deployment safety, we augment the learned policy with a kinetic energy based Control Barrier Function (eCBF) shield. Real-world experiments on an UR3e robotic platform performing small object handovers from a human hand across 360 trials confirm safe contact, with measured normal forces consistently below 10N. These results demonstrate that ContactRL enables safe and efficient physical collaboration, thereby advancing the deployment of collaborative robots in contact-rich tasks.

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