In this paper, we introduce a novel approach to centroidal state estimation, which plays a crucial role in predictive model-based control strategies for dynamic legged locomotion. Our approach uses the Koopman operator theory to transform the robot's complex nonlinear dynamics into a linear system, by employing dynamic mode decomposition and deep learning for model construction. We evaluate both models on their linearization accuracy and capability to capture both fast and slow dynamic system responses. We then select the most suitable model for estimation purposes, and integrate it within a moving horizon estimator. This estimator is formulated as a convex quadratic program, to facilitate robust, real-time centroidal state estimation. Through extensive simulation experiments on a quadruped robot executing various dynamic gaits, our data-driven framework outperforms conventional filtering techniques based on nonlinear dynamics. Our estimator addresses challenges posed by force/torque measurement noise in highly dynamic motions and accurately recovers the centroidal states, demonstrating the adaptability and effectiveness of the Koopman-based linear representation for complex locomotive behaviors. Importantly, our model based on dynamic mode decomposition, trained with two locomotion patterns (trot and jump), successfully estimates the centroidal states for a different motion (bound) without retraining.


翻译:本文提出一种新颖的质心状态估计方法,该方法在动态足式运动的预测模型控制策略中具有关键作用。我们利用Koopman算子理论,通过动态模态分解和深度学习构建模型,将机器人复杂的非线性动力学转化为线性系统。针对两种模型,我们评估了其线性化精度以及对快慢动态系统响应的捕捉能力。随后,选取最适合估计任务的模型,并将其集成至移动时域估计器中。该估计器被构造为凸二次规划问题,以实现鲁棒、实时的质心状态估计。通过在四足机器人执行多种动态步态的大量仿真实验,我们的数据驱动框架优于基于非线性动力学的传统滤波技术。该估计器能有效应对高动态运动中力/力矩测量噪声带来的挑战,并准确恢复质心状态,充分展现了基于Koopman的线性表示对复杂运动行为的适应性与有效性。值得注意的是,基于动态模态分解的模型仅通过两种运动模式(小跑和跳跃)训练,即可在无需重新训练的情况下,成功估计出另一种不同运动(跳跃)的质心状态。

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
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
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
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
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
1+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
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
2+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
19+阅读 · 2018年3月28日
Arxiv
11+阅读 · 2018年1月18日
VIP会员
最新内容
面向国防作战的最佳自主与蜂群无人机技术
专知会员服务
3+阅读 · 今天8:04
《异构人类团队的协作决策过程混合建模研究》
专知会员服务
3+阅读 · 今天7:59
博士论文 | 面向大模型推理的内存高效算法
专知会员服务
3+阅读 · 7月27日
美空军新型反无人机部队初探
专知会员服务
7+阅读 · 7月27日
《防空交战流程的概率建模研究》
专知会员服务
10+阅读 · 7月27日
ICML 2026 教程 | 数值优化理论还重要吗?
专知会员服务
6+阅读 · 7月26日
ICM 2026 | 陶哲轩:人工智能时代的数学
专知会员服务
9+阅读 · 7月26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
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
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
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
1+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
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
2+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