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全身制御/耐故障/脚式移動マニピュレーションarXiv:2606.24466

FT-WBC: 脚式移動マニピュレーションのための耐故障全身制御の学習

FT-WBC: Learning Fault-Tolerant Whole-Body Control for Legged Loco-Manipulation

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脚式移動マニピュレータのアクチュエータ故障時に、全身の安定性とアームの可動域を両立する耐故障制御フレームワークFT-WBCを提案した。故障推定器と姿勢適応モジュールにより、故障を予測し姿勢計画を適応させることで、シミュレーションと実機で生存率と可動域を向上させた。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 脚式マニピュレータのための耐故障型全身制御フレームワーク「FT-WBC」を提案。 - アクチュエータ故障時でも全身安定性とアームのリーチャビリティを両立。 - 上半身と下半身のポリシーを分離したアーキテクチャを採用。 - Fault Estimator (FE) と Posture Adaptation Module (PAM) の2モジュールを導入。 - シミュレーションと実機実験で有効性を検証。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 既存の耐故障制御は移動(locomotion)のみに焦点。 - 脚式マニピュレータの全身安定性とアーム可到達性の結合問題は未解決。 - FT-WBCは故障時の全身制御を実現し、生存率とワークスペースを大幅改善。 - 実機へのゼロショット転移を達成。

3. 技術・手法の肝は?

- 上半身と下半身のポリシーを分離したアーキテクチャ。 - Fault Estimator (FE) が下半身の固有受容履歴から故障関節を予測。 - Posture Adaptation Module (PAM) が故障情報を用いてアームポリシーが生成するベース姿勢計画を適応。 - 不安定な姿勢要求を安全で実行可能なベース姿勢コマンドに変換。 - 故障を考慮した姿勢適応により、補償歩容を合成し、全身安定性を維持しつつアームワークスペースを可能な限り保持。

4. どうやって有効だと検証した?

- シミュレーションと実世界実験を実施。 - 弱化故障やロック故障下で生存率とワークスペースが大幅に改善。 - 実世界の脚式マニピュレータへのゼロショット転移を確認。

5. 議論はある?

- 要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 脚式マニピュレータの耐故障制御に関する研究(例:locomotionの耐故障制御手法)。 - 全身制御やloco-manipulationの関連研究。 - 具体的な論文名は要旨に記載なし。

※ 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: Yudong Zhong, Pengfei Mai, Sikai Guo, Jiahang Cao, Zhihai Bi, Qiuyue Liu, Ziyan Feng, Jinni Zhou, Jun Ma

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Legged manipulators combine the mobility of legged platforms with the manipulation capability of robotic arms. However, arm-induced Center-of-Mass shifts and dynamic disturbances make the system more prone to instability under actuator failures, potentially leading to falls, task failures, or safety risks. Existing fault-tolerant control methods mainly focus on locomotion alone, leaving the coupled problem of whole-body stability and arm reachability in fault-tolerant loco-manipulation largely unaddressed. To bridge this gap, we propose FT-WBC, a fault-tolerant loco-manipulation framework for robust whole-body control of legged manipulators under actuator failures. FT-WBC adopts a decoupled upper- and lower-body policy architecture and introduces two key modules: a Fault Estimator (FE) and a Posture Adaptation Module (PAM). The FE predicts faulty joints from lower-body proprioceptive histories, while the PAM uses this fault information to adapt the base posture plan generated by the arm policy, converting potentially unstable posture requests into safe and executable base posture commands. Through this fault-aware posture adaptation mechanism, FT-WBC synthesizes compensatory gaits under actuator failures and preserves as much arm workspace as possible while maintaining whole-body stability. Simulation and real-world experiments show that FT-WBC significantly improves survival rate and workspace under weakening or locked failures, and transfers zero-shot to a real legged manipulator in the real world.

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