Grey-box methods for system identification combine deep learning with physics-informed constraints, capturing complex dependencies while improving out-of-distribution generalization. Yet, despite the growing importance of floating-base systems such as humanoids and quadrupeds, current grey-box models ignore their specific physical constraints. For instance, the inertia matrix is not only positive definite but also exhibits branch-induced sparsity and input independence. Moreover, the 6x6 composite spatial inertia of the floating base inherits properties of single-rigid-body inertia matrices. As we show, this includes the triangle inequality on the eigenvalues of the composite rotational inertia. To address the lack of physical consistency in deep learning models of floating-base systems, we introduce a parameterization of inertia matrices that satisfies all these constraints. Inspired by Deep Lagrangian Networks (DeLaN), we train neural networks to predict physically plausible inertia matrices that minimize inverse dynamics error under Lagrangian mechanics. For evaluation, we collected and released a dataset on multiple quadrupeds and humanoids. In these experiments, our Floating-Base Deep Lagrangian Networks (FeLaN) achieve highly competitive performance on both simulated and real robots, while providing greater physical interpretability.


翻译:系统辨识的灰箱方法将深度学习与物理信息约束相结合,在捕获复杂依赖关系的同时,提升了分布外泛化能力。然而,尽管类人机器人和四足机器人等浮动基座系统日益重要,当前的灰箱模型却忽略了其特定的物理约束。例如,惯性矩阵不仅正定,还表现出分支诱导稀疏性和输入无关性。此外,浮动基座的6x6复合空间惯性继承了单刚体惯性矩阵的性质。正如我们所展示的,这包括复合旋转惯性特征值上的三角不等式。为解决浮动基座系统深度学习模型中物理一致性的缺失,我们引入了一种满足所有这些约束的惯性矩阵参数化方法。受深度拉格朗日网络(DeLaN)启发,我们训练神经网络来预测物理上合理的惯性矩阵,以最小化拉格朗日力学下的逆动力学误差。为进行评估,我们收集并发布了多个四足机器人和类人机器人的数据集。在这些实验中,我们提出的浮动基座深度拉格朗日网络(FeLaN)在仿真和真实机器人上均实现了极具竞争力的性能,同时提供了更强的物理可解释性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
163+阅读 · 2019年10月12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
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
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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年12月9日
Arxiv
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月6日
VIP会员
相关资讯
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
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
相关论文
Arxiv
10+阅读 · 2021年12月9日
Arxiv
12+阅读 · 2021年7月26日
Arxiv
10+阅读 · 2021年3月30日
Arxiv
15+阅读 · 2020年2月6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
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
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员