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フィジカルAI関連の最新論文を、日本語のひとことで。原題は英語です。
最新論文: 2022/2/1 ／ arXivを3時間ごとに自動収集
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折り紙発振器で動く電子部品不要のクローリングロボット
折り紙機構に自己持続発振器を組み込み、電子部品や磁気部品なしで方向性摩擦により這い進む軽量・低コストなロボットを開発した。
原題: A crawling robot driven by a folded self-sustained oscillator ／ Wenzhong Yan, Ankur Mehta
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脚式ロボットのための実行可能レンチ集合の計算
脚式ロボットが接地を介して重心に加えられる実行可能なレンチの集合を、不整地や摩擦・駆動限界を考慮して計算する手法を提案し、接触切替の実現可能性評価や非駆動方向の同定に応用する。
原題: Feasible Wrench Set Computation for Legged Robots ／ Ander Vallinas Prieto, Arvid Q. L. Keemink, Edwin H. F. van Asseldonk 他
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非可換幾何学的歩容解析における誤差の特性評価
歩容最適化で用いる変位推定の高次項誤差を定式化し、座標系や歩容径・開始位相が三次効果に与える影響を2例で示した。
原題: Characterizing Error in Noncommutative Geometric Gait Analysis ／ Capprin Bass, Suresh Ramasamy, Ross Hatton
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動的で堅牢な脚式移動のための制御ポリシーと状態推定器の同時学習
制御ポリシーと状態推定ネットワークを同時に学習する枠組みを提案し、実機で丘陵・滑りやすい板・凸凹道などの多様な地形を走破できることを示した。
原題: Concurrent Training of a Control Policy and a State Estimator for Dynamic and Robust Legged Locomotion ／ Gwanghyeon Ji, Juhyeok Mun, Hyeongjun Kim 他
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高出力運搬能力を備えた四足歩行ロボットKirin
直動式準ダイレクトドライブ脚を採用した50kg級四足ロボットKirinを開発し、静止時125kgの持ち上げと動的トロット時50kgの運搬を実証した。
原題: Kirin: A Quadruped Robot with High Payload Carrying Capability ／ Yueheng Zhou, Ming Liu, Chaoyang Song 他
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位相誘導コントローラによる四足ロボットの自由な歩容遷移学習
4本の脚の位相をインターフェースとして強化学習で四足ロボットの制御方策を訓練し、歩行・トロット・ペーシング・バウンディングなどの歩容とその遷移を実現した研究。
原題: Learning Free Gait Transition for Quadruped Robots via Phase-Guided Controller ／ Yecheng Shao, Yongbin Jin, Xianwei Liu 他
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切替システムによる動的バランス解析に基づく四足歩行の捕捉可能性と押し出し復帰
四足歩行の動的バランスを切替システムとしてモデル化し、捕捉可能性を新たに定式化して、モデル予測制御と最適化計画で押し出し復帰を実現した研究。
原題: Quadruped Capturability and Push Recovery via a Switched-Systems Characterization of Dynamic Balance ／ Hua Chen, Zejun Hong, Shunpeng Yang 他
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ValueNetQP：脚式移動のための学習型ワンステップ最適制御
問題の価値関数の勾配とヘッセ行列を学習し、1ステップの二次計画で予測制御を高速化する手法を提案。摩擦円錐などの制約を満たしつつ、実機の四足ロボットでトロットとバウンド動作を実現した。
原題: ValueNetQP: Learned one-step optimal control for legged locomotion ／ Julian Viereck, Avadesh Meduri, Ludovic Righetti
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ハイブリッドリミットサイクルの吸引領域を到達可能性で計算する：歩行ロボットへの応用
接触時の状態リセットを伴うハイブリッド系に対し、ハミルトン・ヤコビ到達可能性を拡張して吸引領域を計算する手法を提案し、劣駆動歩行ロボットで有効性を示した。
原題: Computation of Regions of Attraction for Hybrid Limit Cycles Using Reachability: An Application to Walking Robots ／ Jason J. Choi, Ayush Agrawal, Koushil Sreenath 他
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ヒューマノイドロボットの直列弾性アクチュエータ向けハイブリッド適応制御
直列弾性アクチュエータで駆動するヒューマノイド下肢のパラメータ不確かさに対処するため、モデル参照適応制御とバックステッピングを組み合わせた制御手法を提案し、実験で有効性を検証した論文。
原題: Hybrid Adaptive Control for Series Elastic Actuator of Humanoid Robot ／ Anh Khoa Lanh Luu, Van Tu Duong, Huy Hung Nguyen 他
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BiConMP：全身運動計画のための非線形モデル予測制御フレームワーク
ロボットの動力学構造を効率的に活用し、脚式ロボットの全身軌道をオンライン生成する非線形MPCフレームワークBiConMPを提案。実機四足ロボットで周期歩容や不整地・外乱対応、歩容遷移を実証し、ヒューマノイドや別の四足ロボットのシミュレーションでも動的運動生成を検証した。
原題: BiConMP: A Nonlinear Model Predictive Control Framework for Whole Body Motion Planning ／ Avadesh Meduri, Paarth Shah, Julian Viereck 他
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二足歩行ロボットの外乱抑制：ステップ間ダイナミクス近似とシステムレベル合成
歩幅を制御入力とする線形ステップ間ダイナミクスを学習し、外乱を加えたモデルにシステムレベル合成を適用して、二足歩行ロボットの押し外乱に対するロバストな歩行安定化を実現した。
原題: Robust Disturbance Rejection for Robotic Bipedal Walking: System-Level-Synthesis with Step-to-step Dynamics Approximation ／ Xiaobin Xiong, Yuxiao Chen, Aaron Ames
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二足歩行ロボットの転倒防止と安全な転倒のための制御方策学習
深層強化学習を用いて、ヒューマノイドロボットと歩行支援ロボットの押し出し外力に対するバランス回復・安全な転倒の方策を学習する手法を提案した論文。
原題: Learning Control Policies for Fall prevention and safety in bipedal locomotion ／ Visak Kumar
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砂礫の地球外地形を踏破する代替ロボットの必要性と実現可能性
車輪型では走破困難な砂や大きな岩の地球外地形に対し、脚や蛇型など生物模倣ロボットの「テラダイナミクス」研究の知見から代替プラットフォームの必要性と実現性を論じたレビュー。
原題: The need for and feasibility of alternative ground robots to traverse sandy and rocky extraterrestrial terrain ／ Chen Li, Kevin Lewis
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野外環境で四足ロボットが頑健に知覚歩行を学習する手法
固有感覚と外界知覚をアテンション付きリカレントエンコーダで統合し、雪や水、反射面など知覚が乱れる野外でも高速かつ頑健に歩行できる四足ロボット制御器を学習した。
原題: Learning robust perceptive locomotion for quadrupedal robots in the wild ／ Takahiro Miki, Joonho Lee, Jemin Hwangbo 他
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深層逐次モデルによる不整地での高速足置き計画
地形の先読みとロボット動力学をLSTMで学習し、足置き位置の確率分布を線形時間で推定する計画手法を提案。サンプリングベース計画の高速化にも応用できる。
原題: Fast Footstep Planning on Uneven Terrain Using Deep Sequential Models ／ Hersh Sanghvi, Camillo Jose Taylor
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適応型CLF-MPCと四足歩行ロボットへの応用
モデル予測制御(MPC)が生成する軌道に適応制御由来のリアプノフ関数条件を課すことで、安定性保証と最適性を両立させた適応型制御手法を提案し、未知の荷物を運ぶ四足ロボットで検証した。
原題: Adaptive CLF-MPC With Application To Quadrupedal Robots ／ Maria Vittoria Minniti, Ruben Grandia, Farbod Farshidian 他
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地形との相互作用を考慮した六脚ロボットの制御
六脚歩行ロボットの速度・姿勢・歩容を自在に制御するアーキテクチャを提案し、地形形状や凹凸に素早く適応する制御アルゴリズムと接地検知による安定化フィードバックを実機で検証した論文。
原題: Control of a Hexapod Robot Considering Terrain Interaction ／ Marco Zangrandi, Stefano Arrigoni, Francesco Braghin
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次の一歩：多様な四足歩行のための分離された歩容表現の学習
単一のトロット歩容から生成モデルで潜在空間を学習し、駆動信号で歩調や足上げ高さなどを連続的に変化させる四足歩行プランナを実機ANYmalで実証した論文。
原題: Next Steps: Learning a Disentangled Gait Representation for Versatile Quadruped Locomotion ／ Alexander L. Mitchell, Wolfgang Merkt, Mathieu Geisert 他
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歩行の遊脚期における股関節・膝関節インピーダンスの同定
遊脚中の脚に力を加える装置(LOPER)を開発し、非線形多体動力学モデルを用いて歩行中の股関節・膝関節インピーダンスを推定した研究。
原題: Identification of Hip and Knee Joint Impedance During the Swing Phase of Walking ／ Herman van der Kooij, Simone S. Fricke, Ronald C. van 't Veld 他
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適応的模倣：実行不可能な参照からパラメータ化二足歩行を深層強化学習で獲得
低品質で単体では実行不可能な参照動作を事前知識として活用し、性能に応じて模倣と高性能追求を切り替える適応的報酬関数でパラメータ化二足歩行を学習する手法を提案した。
原題: Adaptive Mimic: Deep Reinforcement Learning of Parameterized Bipedal Walking from Infeasible References ／ Chong Zhang, Qi Wu, Liqian Ma 他
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ヘビ型ロボットの歩容分解と歩容パラメータ最適化
ヘビ型ロボットの動きを数学的に分解して表現する歩容分解法と、分解した歩容パラメータを勾配法で最適化する手法を提案し、パラメータ調整の難しさを解消して多様な歩容生成を可能にした。
原題: Snake Robot Gait Decomposition and Gait Parameter Optimization ／ Bongsub Song, Insung Ju, Dongwon Yun
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視覚と固有感覚を融合した脚式ロボットのナビゲーション
視覚と固有感覚の相補性を活かし、脚式ロボットが歩行能力を考慮した経路計画を行う点ゴールナビゲーションシステムVP-Navを開発した。
原題: Coupling Vision and Proprioception for Navigation of Legged Robots ／ Zipeng Fu, Ashish Kumar, Ananye Agarwal 他
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散らかった障害物を通過するための最小限の確率動力学モデル
昆虫の草様ビーム通過研究に着想を得て、摩擦のない平面上を進む円形移動体が2本のビームのゲートと相互作用する2次元確率モデルを構築し、通過確率が推進力やランダム力、ビーム剛性にどう依存するかを調べた。さらに格子状の大規模障害物場へ拡張し、単一ゲートの入出力確率マップを用いたMCMCで最終位置分布を高精度かつ大幅な計算短縮で予測した。
原題: A minimalistic stochastic dynamics model of cluttered obstacle traversal ／ Bokun Zheng, Qihan Xuan, Chen Li
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階層強化学習による四足ロボットの複数歩容の学習
速度指令追従のための階層型強化学習コントローラを提案し、速度に応じてペース・トロット・バウンドなど複数の歩容を生成できることを示した論文。
原題: Learning multiple gaits of quadruped robot using hierarchical reinforcement learning ／ Yunho Kim, Bukun Son, Dongjun Lee
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環境力覚センシングで障害物を乗り越えるロボット
物理モデルと力覚フィードバック制御を用い、接触力から梁の剛性を推定して移動モードを切り替えることで、混雑した大きな障害物をより高成功率・低エネルギーで踏破する手法をシミュレーションで示した。
原題: Environmental force sensing helps robots traverse cluttered large obstacles using physical interaction ／ Qihan Xuan, Chen Li
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強化学習で二足歩行ロボットを歩かせる
シミュレーション上の二足歩行ロボットに対し、深層Q学習と拡張ランダムサーチ(ARS)を適用し、ARSがBipedalWalker-v3を公式に解決する最適方策を得たことを示した研究。
原題: Teaching a Robot to Walk Using Reinforcement Learning ／ Jack Dibachi, Jacob Azoulay
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直動関節を採用した四足ロボットPRISMAの設計・製作・制御
直動ジョイント構造により単純な制御アルゴリズムと一般的なセンサで未知環境を歩行できる四足ロボットPRISMAのハードウェア設計と制御系を提案・実装した論文。
原題: Design, Manufacturing, and Controls of a Prismatic Quadruped Robot: PRISMA ／ Team Robocon, IIT Roorkee, : 他
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多脚ロボットのための汎用移動制御フレームワーク
直列接続された多脚ロボットの身体のうねりと脚の配置を協調させ、多様な脚数や形態で有効な歩容を生成する汎用制御手法を開発した。
原題: A general locomotion control framework for multi-legged locomotors ／ Baxi Chong, Yasemin O. Aydin, Jennifer M. Rieser 他
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タンポポ摘み脚式ロボット
低自由度の脚を持つ安価な多脚ロボットBigANTにRGB-Dカメラと花摘み用アタッチメントを搭載し、脚の柔軟性を活かした「スウープ」動作でタンポポを摘む農業タスクを実現した。
原題: Dandelion-Picking Legged Robot ／ Sandilya Sai Garimella, Shai Revzen
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