Sampling-based model predictive control (MPC) is a promising tool for feedback control of robots with complex and non-smooth dynamics and cost functions. The computationally demanding nature of sampling-based MPC algorithms is a key bottleneck in their application to high-dimensional robotic manipulation problems. Previous methods have addressed this issue by running MPC in the task space while relying on a low-level operational space controller for joint control. However, by not using the joint space of the robot in the MPC formulation, existing methods cannot directly account for non-task space related constraints such as avoiding joint limits, singular configurations, and link collisions. In this paper, we develop a joint space sampling-based MPC for manipulators that can be efficiently parallelized using GPUs. Our approach can handle task and joint space constraints while taking less than 0.02 seconds (50Hz) to compute the next control command. Further, our method can integrate perception into the control problem by utilizing learned cost functions from raw sensor data. We validate our approach by deploying it on a Franka Panda robot for a variety of common manipulation tasks. We study the effect of different cost formulations and MPC parameters on the synthesized behavior and provide key insights that pave the way for the application of sampling-based MPC for manipulators in a principled manner. Videos of experiments can be found at: https://sites.google.com/view/manipulation-mppi.


翻译:以抽样为基础的模型预测控制(MPC)是一个很有希望的工具,用于对具有复杂和非松动动态和成本功能的机器人进行反馈控制。基于抽样的MPC算法具有计算要求的性质,这是对高维机器人操纵问题应用的关键瓶颈。以前的方法通过在任务空间运行MPC,同时依靠低级别操作空间控制器进行联合控制,解决了这一问题。然而,由于在MPC配方中不使用机器人的联合空间空间空间,现有方法无法直接说明非任务空间相关制约因素,如避免联合限制、奇特配置和连接碰撞等。在本文件中,我们为可使用GPUP高效平行操作的操作者开发了基于空间的混合组合算法。我们的方法可以处理任务和联合空间限制,同时使用不到0.02秒(50Hz)来计算下一个控制命令。此外,我们的方法可以通过利用基于原始传感器数据的学习成本功能将认知纳入控制问题。我们的方法通过在弗兰克·潘达机器人上部署该方法来验证我们的做法,用于各种共同操纵任务。我们用GPCC开发了一个基于空间的混合配置的模型,我们的方法可以用来在GPMC上,我们用来为对不同成本的模型的模型分析方法进行分析。我们研究。我们用的方法可以对不同的成本的模型的模型的模型的模型的模型的模型进行分析。我们用。我们用。我们用的方法可以用来为不同的分析。我们的方法在对不同的分析。我们用。我们用的方法,可以提供一种方法的模型的模型的模型的精确的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型的模型进行分析。

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