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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: 2020/11/1 ／ arXivを3時間ごとに自動収集
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メンターと共に学ぶ俊敏な歩行スキル
メンターがチェックポイントを配置してロボットの重心移動を導く多段階強化学習により、四足ロボットがギャップや障害物を俊敏に走り越える行動を獲得できることを示した論文。
原題: Learning Agile Locomotion Skills with a Mentor ／ Atil Iscen, George Yu, Alejandro Escontrela 他
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二足歩行ロボットのバランスをオンライン学習するCTRNNとBPTTのリアルタイム実装：立位姿勢での実験
連続時間リカレントニューラルネットとBPTTをロボットのリアルタイム制御系に実装し、立位姿勢の二足ロボットが外乱を補償するよう胴体関節をオンライン学習で制御できることを実験で示した。
原題: Real time implementation of CTRNN and BPTT algorithm to learn on-line biped robot balance: Experiments on the standing posture ／ Patrick Henaff, Vincent Scesa, Fethi Ben Ouezdou 他
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二足歩行のためのタスク空間行動学習
モデルベース逆動力学制御とタスク空間方策を統合し、足先目標点という自然な行動空間で二足歩行を強化学習する手法を提案。シミュレーションで学習し実機Cassieへ転移できることを示した。
原題: Learning Task Space Actions for Bipedal Locomotion ／ Helei Duan, Jeremy Dao, Kevin Green 他
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全方向移動四足ロボットのための探索ベース運動力学プランニング
四足ロボットの全方向移動能力を考慮し、運動力学的に実行可能で滑らかな経路を探索ベースで生成するナビゲーションシステムを提案し、実機で検証した。
原題: Search-based Kinodynamic Motion Planning for Omnidirectional Quadruped Robots ／ Pei Wang, Xiaoyu Zhou, Qingteng Zhao 他
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頭部安定化が受動歩行ロボットの力学に与える影響の解明
人間型受動歩行モデルを用いて、歩行時の頭部安定化が身体の力学に及ぼす機械的効果を解析し、制御パラメータへの感度も調べた研究。
原題: On the mechanical contribution of head stabilization to passive dynamics of anthropometric walkers ／ Mehdi Benallegue, Jean-Paul Laumond, Alain Berthoz
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DeepQ Stepper：不整地での反応的動歩行フレームワーク
強化学習で3Dキャプチャ領域を近似し、不整地でも最適な歩行位置を計算する反応的ステッパーを提案。障害物や飛び石、外乱にも対応できる。
原題: DeepQ Stepper: A framework for reactive dynamic walking on uneven terrain ／ Avadesh Meduri, Majid Khadiv, Ludovic Righetti
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遊脚ダイナミクスを考慮した可変ホライズンMPCによる二足歩行制御
上位層で着地位置とタイミングを決定し、下位層で遊脚ダイナミクスを考慮した軌道生成を行う二層構造の可変ホライズンMPCを提案し、トルク制御二足ロボットBoltで外乱下の歩行を実証した。
原題: Variable Horizon MPC with Swing Foot Dynamics for Bipedal Walking Control ／ Elham Daneshmand, Majid Khadiv, Felix Grimminger 他
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車輪脚ロボットの全身MPCとオンライン歩容生成
車輪付き四脚ロボットの車輪と胴体の運動を単一のMPCで同時最適化し、接触・離地タイミングを事前定義せずに非周期的な歩容をオンライン生成する手法を提案した論文。
原題: Whole-Body MPC and Online Gait Sequence Generation for Wheeled-Legged Robots ／ Marko Bjelonic, Ruben Grandia, Oliver Harley 他
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動的四足歩行のためのロバスト足置き計画とLQR制御
足置き計画を400Hzで更新し、LQRを射影逆動力学制御に適用することで、外乱や環境不確実性に対する四足歩行のロバスト性を向上させた研究。
原題: Robust Footstep Planning and LQR Control for Dynamic Quadrupedal Locomotion ／ Guiyang Xin, Songyan Xin, Oguzhan Cebe 他
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動的歩行：俊敏で高効率な二足歩行ロボットに向けて
二足歩行ロボットの動的歩行を、数理モデル・最適化による歩容生成・実機制御の3つの観点から整理したレビュー論文。
原題: Dynamic Walking: Toward Agile and Efficient Bipedal Robots ／ Jenna Reher, Aaron D. Ames
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複雑地形歩行のためのガイド付きカリキュラム学習
深層強化学習で二足歩行を学習する際、地形難易度の段階的増加・目標方策由来のガイド力の漸減・ランダム外乱の増大という3段階カリキュラムを提案し、平地・ハードル・ギャップ・階段など5種類の地形で有効性を示した論文。
原題: Guided Curriculum Learning for Walking Over Complex Terrain ／ Brendan Tidd, Nicolas Hudson, Akansel Cosgun
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困難地形を歩行する四脚ロボットの学習制御
強化学習で訓練したニューラルネットワーク制御器により、泥・雪・瓦礫・水などの未知の自然環境でもロバストに歩行できる四脚ロボットを実現した。
原題: Learning Quadrupedal Locomotion over Challenging Terrain ／ Joonho Lee, Jemin Hwangbo, Lorenz Wellhausen 他
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四足歩行ロボットによる極限環境の長距離自律探査
Boston DynamicsのSpotに自律アーキテクチャNeBulaを統合し、DARPA地下トンネル競技のような極限環境で大規模・長時間の自律探査を実現した取り組みを報告する論文。
原題: Autonomous Spot: Long-Range Autonomous Exploration of Extreme Environments with Legged Locomotion ／ Amanda Bouman, Muhammad Fadhil Ginting, Nikhilesh Alatur 他
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予測される人間動作の可到達集合を用いた下肢義足のつまずき回復
人間の反応予測の集合から可到達集合を計算し、つまずき時に義足が安全に回復できる軌道をオンラインで計画するTRIP-RTDを提案した論文。
原題: Trip Recovery in Lower-Limb Prostheses using Reachable Sets of Predicted Human Motion ／ Shannon M. Danforth, Patrick D. Holmes, Ram Vasudevan
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ばね質点モデルで歩行方策を導く学習制御
低次元のばね質点モデルから生成した歩行運動を学習方策の指令・訓練信号として用い、人間サイズの二足ロボットで最大1.2m/sの動的歩行を実現した。
原題: Learning Spring Mass Locomotion: Guiding Policies with a Reduced-Order Model ／ Kevin Green, Yesh Godse, Jeremy Dao 他
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実行可能性保証付きMPCによるロバスト歩行
脚式ロボットのMPCにおいて、終端制約の代わりに測定状態を実行可能性カーネルへ射影し、ベイズ最適化でコスト重みを調整することで外乱に強い歩行制御を実現した研究。
原題: Robust walking based on MPC with viability guarantees ／ Mohammad Hasan Yeganegi, Majid Khadiv, Andrea Del Prete 他
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進化するロボットにおける移動スキルの学習
任意形状のモジュール式ロボットが目標へ歩行し追従するための制御アーキテクチャと汎用学習法を提案し、クモ・ヤモリ型とその子孫ロボットで実世界検証した。
原題: Learning Locomotion Skills in Evolvable Robots ／ Gongjin Lan, Maarten van Hooft, Matteo De Carlo 他
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傾斜地形における頑健な四脚歩行：線形方策アプローチ
胴体姿勢と地形傾斜を入力とする線形フィードバック方策で足先軌道を調整し、Augmented Random Searchで学習することで、低コスト四脚ロボットStoch 2の傾斜地歩行を実現した。
原題: Robust Quadrupedal Locomotion on Sloped Terrains: A Linear Policy Approach ／ Kartik Paigwar, Lokesh Krishna, Sashank Tirumala 他
日本語で読む → - 論文歩行機械学習
移動運動学習における環境設計の重要性
深層強化学習で移動運動を学習する際、状態表現や報酬構造、制御周波数などの環境設計の選択が結果の脆さに大きく影響することを示した論文。
原題: Learning to Locomote: Understanding How Environment Design Matters for Deep Reinforcement Learning ／ Daniele Reda, Tianxin Tao, Michiel van de Panne
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柔軟なハイブリッドゼロダイナミクス歩行の逆動力学制御
柔軟で低自由度な二足ロボット向けに、オフラインで軌道計画しオンラインで追従する逆動力学制御を構築し、平地と不整地での歩行を実機で実証した。
原題: Inverse Dynamics Control of Compliant Hybrid Zero Dynamic Walking ／ Jenna Reher, Aaron D. Ames
日本語で読む → - 論文歩行cs.NE
遺伝的交叉を取り入れた改良アントコロニー最適化によるヒューマノイド二足歩行制御
遺伝的・交叉演算子を加えた改良EACOアルゴリズムでヒューマノイドの歩容を最適化し、最大0.47m/sの安定した歩行を実現した研究。
原題: Bioinspired Bipedal Locomotion Control for Humanoid Robotics Based on EACO ／ Jingan Yang, Yang Peng
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モデル階層型予測制御によるロボットシステムの制御
階層的なモデル群に対して単一の最適化問題を解くModel Hierarchy Predictive Controlを提案し、四足・二足・クアッドロータで全身MPCと同等以上の性能を低計算コストで実現した。
原題: Model Hierarchy Predictive Control of Robotic Systems ／ He Li, Robert J. Frei, Patrick M. Wensing
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接触に適応する四脚ロボット制御の階層学習フレームワーク
モデルベース制御と強化学習を組み合わせ、環境変化に応じてプリミティブを選択する階層型制御器を四脚ロボット向けに学習させ、省エネ性と頑健性を向上させた。
原題: Learning a Contact-Adaptive Controller for Robust, Efficient Legged Locomotion ／ Xingye Da, Zhaoming Xie, David Hoeller 他
日本語で読む → - 論文歩行q-bio.QM
海底二足歩行のモデル
サメの一種の水底歩行に着想を得て、最小限の身体形態と制御で効率的な水中歩行が可能なことを理論モデルと二足ロボットで示し、歩容の双安定性を発見した研究。
原題: Models of benthic bipedalism ／ F. Giardina, L. Mahadevan
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スマートフォン搭載IMUによる歩行者モーショントラッキング
スマホのIMU信号のみから歩行者の平面位置・速度・進行方向を推定する手法を提案し、学習ベースでEKFの観測ノイズを動的調整、公開データセットで高精度を実証した。
原題: Pedestrian Motion Tracking by Using Inertial Sensors on the Smartphone ／ Yingying Wang, Hu Cheng, Max Q. H. Meng
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不整地・部分観測環境における安全な歩行ナビゲーション
動的障害物と不整地を含む部分観測環境で、記号タスク計画と位相空間運動計画を組み合わせ、多段階の安全保証を備えた二足歩行ロボットのナビゲーション手法を提案し、Cassieのシミュレーションで検証した。
原題: Towards Safe Locomotion Navigation in Partially Observable Environments with Uneven Terrain ／ Jonas Warnke, Abdulaziz Shamsah, Yingke Li 他
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アニメーションから生まれた感情豊かな二足歩行ロボットCassie
アニメーションで設計した感情的な動きを動力学最適化とリアルタイム制御で二足歩行ロボットCassieに実装し、感情を表現できるようにした論文。
原題: Animated Cassie: A Dynamic Relatable Robotic Character ／ Zhongyu Li, Christine Cummings, Koushil Sreenath
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四足歩行ロボットによる都市環境での自律的ソーシャルディスタンス促進
カメラとLiDARを搭載した四足ロボットが、群衆を検知しながら自律移動し、声かけでソーシャルディスタンスを促すシステムを構築・実証した。
原題: Autonomous Social Distancing in Urban Environments using a Quadruped Robot ／ Tingxiang Fan, Zhiming Chen, Xuan Zhao 他
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学習された潜在行動空間での計画による汎化可能な脚式移動
低レベル制御器と高レベル潜在行動空間を同時学習し、学習済みダイナミクスモデルでMPC的に潜在行動を計画することで、複数ロボットの脚式移動を汎化・高サンプル効率で実現した研究。
原題: Planning in Learned Latent Action Spaces for Generalizable Legged Locomotion ／ Tianyu Li, Roberto Calandra, Deepak Pathak 他
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強化学習によるサソリ型ロボットの制御
サソリを模した脚・尾・はさみを持つ陸上ロボットをモデル化し、強化学習で目標地点までナビゲーションする制御器を訓練した研究。
原題: Control of a Nature-inspired Scorpion using Reinforcement Learning ／ Aakriti Agrawal, V S Rajashekhar, Rohitkumar Arasanipalai 他
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