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ヒューマノイド制御arXiv:2610.12972

未知のペイロード下におけるヒューマノイドロボットの適応型全身MPCと最適姿勢計画

Adaptive Whole-Body MPC with Optimal Posture Planning for Humanoid Robots under Unknown Payloads

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未知で変動するペイロードに対応するため、重心MPC・適応ファジィバランス制御・ウェイポイントベースの最適姿勢計画を統合し、持ち上げ・運搬時の安定した全身動作を実現した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 未知のペイロード下で人型ロボットが持ち上げ・運搬を行うための適応型全身制御アーキテクチャ。 - 3つの要素を統合:centroidal MPC、適応ファジィバランス制御、waypointベースの最適姿勢プランナ。 - 立ち座りや持ち上げ動作を安定化し、ペイロード不確かさに対応。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の非適応ベースラインと比較して、姿勢遷移や持ち上げ時のバランスロバスト性を改善し、追従性能の劣化を低減。 - ペイロード不確かさによるモデルミスマッチを適応ファジィ制御で補償する点が新しい。 - 全身の動力学とCoM安定性制約を考慮した姿勢計画を統合。

3. 技術・手法の肝は?

- centroidal MPCが動的に実行可能な参照運動を生成。 - 適応ファジィバランスコントローラがペイロード起因のモデルミスマッチを補償し、支持脚関節に補正トルクを分配。 - triple-integratorモデルに基づくwaypointベース最適姿勢プランナが、CoM安定性制約、関節限界、全身実行可能性を満たす滑らかなsit-to-stand/stand-to-sit軌道を生成。

4. どうやって有効だと検証した?

- 広範なシミュレーションとハードウェア実験を実施。 - 非適応ベースラインと比較し、バランスロバスト性の向上と追従劣化の低減を実証。 - 具体的な評価指標やタスク詳細は要旨からは不明。

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は明示されていない。 - 関連手法としてcentroidal MPC、adaptive fuzzy control、whole-body control、humanoid posture planningなどが挙げられる。

※ 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: Manh Cuong Nguyen, Duc Cuong Vu, Viet Anh Vu, Duc Tuan Pham, Toan Nguyen, Minh Hiep Phung, Ngo Anh Vien, Minh Nhat Vu

分類: cs.RO

原文アブストラクト

Humanoid robots performing lifting and material-handling tasks must maintain balance despite unknown and varying payloads. However, payload uncertainty significantly affects whole-body dynamics and may destabilize conventional controllers. We propose an adaptive whole-body control architecture that integrates three components: (i) a centroidal model predictive controller (MPC) that generates dynamically feasible reference motions, (ii) an adaptive fuzzy balance controller that compensates for payload-induced model mismatch by generating corrective torques distributed across the supporting-leg joints, and (iii) a waypoint-based optimal posture planner built on a triple-integrator model that produces smooth sit-to-stand and stand-to-sit trajectories satisfying center-of-mass (CoM) stability constraints, joint limits, and whole-body feasibility requirements. Together, these components enable stable lowering, grasping, lifting, carrying, and placing behaviors under significant payload uncertainty. Extensive simulation and hardware experiments demonstrate that the proposed framework improves balance robustness and reduces tracking degradation during posture transitions and lifting tasks compared to non-adaptive baselines.

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