深層強化学習を用いたイベントトリガ型データ駆動予測制御による3次元ケーブル駆動ソフトロボットアームの制御
Deep Reinforcement Learning-Enhanced Event-Triggered Data-Driven Predictive Control for a 3D Cable-Driven Soft Robotic Arm
ソフトロボットの制御において、計算負荷の高いデータ駆動予測制御(DeePC)の最適化実行を強化学習で間引くイベントトリガ型フレームワークを提案し、シミュレーションと実機で最適化頻度を削減しつつ追従精度を維持できることを示した。
著者: Cheng Ouyang, Moeen Ul Islam, Kaixiang Zhang, Zhaojian Li, Xiaobo Tan, Dong Chen
分類: cs.RO, eess.SY
原文アブストラクト
Soft robots are challenging to control due to their nonlinear and time-varying dynamics. Data-enabled predictive control (DeePC) offers a model-free alternative by directly leveraging measured input-output trajectories to construct a predictive controller. However, its receding-horizon formulation requires solving a constrained optimization problem at every sampling instant, which can be computationally demanding for real-time deployment on resource-limited robotic platforms. To address this limitation, we propose an adaptive reinforcement-learning-based event-triggered DeePC (RL-ET-DeePC) framework for soft robotic control. A model-free RL policy is trained to determine when to invoke the DeePC optimizer based on the current system state representation, thereby reducing unnecessary optimization calls while preserving closed-loop performance. Simulation results show that RL-ET-DeePC reduces optimization frequency by up to 66% compared to periodic DeePC, while maintaining comparable tracking accuracy. Hardware experiments on a three-dimensional cable-driven soft robotic arm demonstrate zero-shot transfer, achieving a 34% reduction in optimization frequency with tracking accuracy comparable to periodic DeePC and more consistent performance than a static threshold-based event-triggered baseline.
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