This paper aims to solve the contact-aware locomotion problem of a soft snake robot by developing bio-inspired contact-aware locomotion controllers. To provide effective contact information for the controllers, we develop a scale-covered sensor structure mimicking natural snakes' scale sensilla. In the design of the control framework, our core contribution is the development of a novel sensory feedback mechanism for the Matsuoka central pattern generator (CPG) network. This mechanism allows the Matsuoka CPG system to work like a "spinal cord" in the whole contact-aware control scheme, which simultaneously takes the stimuli including tonic input signals from the "brain" (a goal-tracking locomotion controller) and sensory feedback signals from the "reflex arc" (the contact reactive controller), and generates rhythmic signals to actuate the soft snake robot to slither through densely allocated obstacles. In the "reflex arc" design, we develop two distinctive types of reactive controllers -- 1) a reinforcement learning (RL) sensor regulator that learns to manipulate the sensory feedback inputs of the CPG system, and 2) a local reflexive sensor-CPG network that directly connects sensor readings and the CPG's feedback inputs in a specific topology. Combining with the locomotion controller and the Matsuoka CPG system, these two reactive controllers facilitate two different contact-aware locomotion control schemes. The two control schemes are tested and evaluated in both simulated and real soft snake robots, showing promising performance in the contact-aware locomotion tasks. The experimental results also validate the advantages of the modified Matsuoka CPG system with a new sensory feedback mechanism for bio-inspired robot controller design.


翻译:本文旨在通过开发仿生接触感知运动控制器,解决软体蛇形机器人的接触感知运动问题。为向控制器提供有效的接触信息,我们开发了一种模拟自然蛇类鳞片感受器的鳞片覆盖传感器结构。在控制框架设计中,我们的核心贡献是为松冈中央模式发生器(CPG)网络开发了一种新型感觉反馈机制。该机制使松冈CPG系统在整体接触感知控制方案中发挥"脊髓"作用,能同时接收来自"大脑"(目标跟踪运动控制器)的强直输入信号和来自"反射弧"(接触反应控制器)的感觉反馈信号,并生成节律信号驱动软体蛇形机器人穿越密集障碍物。在"反射弧"设计中,我们开发了两种独特的反应控制器:1) 强化学习(RL)传感器调节器——通过学习调控CPG系统的感觉反馈输入;2) 局部反射式传感器-CPG网络——以特定拓扑结构直接连接传感器读数与CPG反馈输入。结合运动控制器与松冈CPG系统,这两种反应控制器构成了两种不同的接触感知运动控制方案。在仿真和实际软体蛇形机器人上的测试评估表明,这两种方案在接触感知运动任务中展现出良好性能。实验结果同时验证了具有新型感觉反馈机制的改进型松冈CPG系统在仿生机器人控制器设计中的优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Phase-aware Speech Enhancement with Deep Complex U-Net
VIP会员
最新内容
《基于强化学习的自动化红队测试》
专知会员服务
3+阅读 · 7月23日
伊朗不对称防空战略的演进
专知会员服务
4+阅读 · 7月23日
对抗环境下超视距目标打击的情报支援
专知会员服务
10+阅读 · 7月22日
《无人机对海面作战影响评估》
专知会员服务
15+阅读 · 7月21日
印度精确打击与指挥架构的断层
专知会员服务
7+阅读 · 7月20日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
47+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员