SOMA: 四足歩行ロボットによる積み重ね物体の全身マニピュレーション
SOMA: Stack-of-Objects Manipulation using a Quadruped Robot
四足歩行ロボットが専用マニピュレータなしで、高さ制御を活用した3次元プッシュにより複数物体の積み重ねを全身で操作する階層型強化学習フレームワークを提案し、シミュレーションで高い成功率と実機へのゼロショット転移を実証した。
著者: Stergios E. Bachoumas, Panagiotis Artemiadis
分類: cs.RO, cs.AI
原文アブストラクト
Executing heavy-duty physical manipulation in unpredictable environments remains a major challenge for quadrupedal robots lacking dedicated manipulators. This paper presents SOMA, a hierarchical reinforcement learning framework for whole-body non-prehensile manipulation of multi-object stacks using a quadruped robot. Unlike traditional methods restricted to two-dimensional planar pushing, SOMA integrates explicit robot base-height control, unlocking full three-dimensional pushing strategies. This capability enables the quadruped to manipulate complex payload stacks as a unified system while preventing relative sliding or tipping of upper layers. The architecture factorizes control into a high-level manipulation policy using a Simplified Structured State Space Sequence (S5) encoder to reason over long-horizon temporal history and predict bounded target tracking commands via Beta distributions, and a low-level locomotion policy that dynamically adapts leg stance configurations. In extensive simulation benchmarks, SOMA achieves a $90.3\%$ success rate for single-object reposing and up to $90.1\%$ for dynamic two-box stacks under stringent error margins ($0.05\text{ m}$ position error, $1^\circ$ orientation error). Finally, we validate zero-shot sim-to-real transfer on a Unitree Go1 quadruped robot across diverse payload masses and geometries, demonstrating active base-height adjustments to maintain traction and balance during heavy pushing tasks.
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