Learning safe and stable robot motions from demonstrations remains a challenge, especially in complex, nonlinear tasks involving dynamic, obstacle-rich environments. In this paper, we propose Safe and Stable Neural Network Dynamical Systems S$^2$-NNDS, a learning-from-demonstration framework that simultaneously learns expressive neural dynamical systems alongside neural Lyapunov stability and barrier safety certificates. Unlike traditional approaches with restrictive polynomial parameterizations, S$^2$-NNDS leverages neural networks to capture complex robot motions, providing probabilistic guarantees through split conformal prediction in learned certificates. Experimental results in various 2D and 3D datasets -- including LASA handwriting and demonstrations recorded kinesthetically from the Franka Emika Panda robot -- validate the effectiveness of S$^2$-NNDS in learning robust, safe, and stable motions from potentially unsafe demonstrations. The source code, supplementary material and experiment videos can be accessed via https://github.com/allemmbinn/S2NNDS


翻译:从演示中学习安全稳定的机器人运动仍然是一个挑战,尤其是在涉及动态、障碍物丰富的复杂非线性任务中。本文提出安全稳定的神经网络动力学系统S$^2$-NNDS,这是一种从演示中学习的框架,能够同时学习表达能力强的神经动力学系统以及神经李雅普诺夫稳定性与障碍安全证书。与采用限制性多项式参数化的传统方法不同,S$^2$-NNDS利用神经网络捕捉复杂的机器人运动,并通过在学习到的证书中使用分割保形预测提供概率保证。在多种2D和3D数据集(包括LASA手写数据集以及通过Franka Emika Panda机器人运动示教记录的演示)上的实验结果验证了S$^2$-NNDS能够从潜在不安全的演示中学习到鲁棒、安全且稳定的运动。源代码、补充材料和实验视频可通过https://github.com/allemmbinn/S2NNDS访问。

0
下载
关闭预览

相关内容

【斯坦福博士论文】移动操作机器人的学习系统构建研究
专知会员服务
14+阅读 · 2025年11月14日
基于脉冲神经网络的机器人智能控制研究进展
专知会员服务
25+阅读 · 2024年9月15日
基于神经网络的机器人学习与控制:回顾与展望
专知会员服务
33+阅读 · 2023年9月10日
神经网络常微分方程 (Neural ODEs) 解析
AI科技评论
43+阅读 · 2019年8月9日
CCCF专栏 | 面向领域定制的神经网络结构设计
中国计算机学会
10+阅读 · 2018年12月17日
人工神经网络
平均机器
15+阅读 · 2017年7月17日
国家自然科学基金
11+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
VIP会员
最新内容
世界模型入门:从序贯决策到通用智能体
专知会员服务
8+阅读 · 10月24日
军事域更好使用人工智能的实用指南
专知会员服务
10+阅读 · 10月22日
《衡量语言模型中的作战规划能力》
专知会员服务
14+阅读 · 10月20日
Maven智能系统:帕兰提尔军事人工智能平台详解
专知会员服务
17+阅读 · 10月20日
《测试自动化框架在敏捷软件开发中的角色》
专知会员服务
9+阅读 · 10月20日
俄罗斯如何拦截乌克兰无人机与巡航导弹
专知会员服务
13+阅读 · 10月15日
《武器-目标分配问题:精确与近似求解算法》
专知会员服务
19+阅读 · 10月15日
相关基金
国家自然科学基金
11+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
23+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
50+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员