Model-free reinforcement learning (RL) has enabled adaptable and agile quadruped locomotion; however, policies often converge to a single gait, leading to suboptimal performance. Traditionally, Model Predictive Control (MPC) has been extensively used to obtain task-specific optimal policies but lacks the ability to adapt to varying environments. To address these limitations, we propose an optimization framework for real-time gait adaptation in a continuous gait space, combining the Model Predictive Path Integral (MPPI) algorithm with a Dreamer module to produce adaptive and optimal policies for quadruped locomotion. At each time step, MPPI jointly optimizes the actions and gait variables using a learned Dreamer reward that promotes velocity tracking, energy efficiency, stability, and smooth transitions, while penalizing abrupt gait changes. A learned value function is incorporated as terminal reward, extending the formulation to an infinite-horizon planner. We evaluate our framework in simulation on the Unitree Go1, demonstrating an average reduction of up to 36.48 % in energy consumption across varying target speeds, while maintaining accurate tracking and adaptive, task-appropriate gaits.


翻译:无模型强化学习(RL)已实现适应性强且敏捷的四足机器人运动;然而,策略常收敛于单一步态,导致性能欠佳。传统上,模型预测控制(MPC)被广泛用于获取任务特定的最优策略,但缺乏适应多变环境的能力。为应对这些局限,我们提出一种在连续步态空间中实现实时步态自适应的优化框架,该框架结合模型预测路径积分(MPPI)算法与Dreamer模块,为四足机器人运动生成自适应且最优的策略。在每个时间步,MPPI利用学习的Dreamer奖励函数联合优化动作与步态变量,该奖励函数促进速度跟踪、能量效率、稳定性与平滑过渡,同时惩罚突变的步态切换。通过引入学习的价值函数作为终端奖励,我们将该框架扩展为无限时域规划器。我们在Unitree Go1平台上进行仿真评估,结果表明:在变化的目标速度下,系统平均能耗降低高达36.48%,同时保持精确的轨迹跟踪能力及适应任务需求的步态。

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
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
46+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
Arxiv
12+阅读 · 2023年1月19日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2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
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29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
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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2017年12月31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
46+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员