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学习引导的力反馈模型预测控制在机器人去毛刺中的避障应用
Learning-Guided Force-Feedback Model Predictive Control with Obstacle Avoidance for Robotic Deburring

作者: Krzysztof Wojciechowski, Ege Gursoy, Arthur Haffemayer 等7人
arXiv: 2604.06133v1
分类: cs.RO
📝 论文摘要
模型预测控制(MPC)在扭矩控制机器人领域应用广泛,但传统方案常忽略实时力反馈,且在碰撞约束下的密集接触工业任务中表现欠佳。特别是去毛刺作业,需要在复杂构型下实现精确工具插入、稳定力调节和无碰撞圆周运动,这超出了标准MPC流程的能力范围。我们提出一种融合力反馈MPC与扩散运动先验的框架来解决这些挑战。扩散模型作为运动策略的记忆库,为多任务实例提供鲁棒的初始化与自适应能力,而MPC则通过显式力跟踪、扭矩可行性与碰撞规避确保安全执行。我们在执行工业去毛刺任务的扭矩控制机械臂上验证了该方法。实验表明,即使在难以到达的构型和障碍物约束下,系统仍能实现可靠的工具插入、精确法向力跟踪及圆周去毛刺运动。据我们所知,这是首次将扩散运动先验与力反馈MPC相结合,用于具有碰撞感知的密集接触工业任务。

📊 核心分析

🎯 研究动机
该论文旨在解决工业机器人去毛刺任务中的控制难题。研究背景是: - 经典模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)方法通常忽略实时力反馈,难以处理接触丰富的工业任务 - 去毛刺任务需要精确的工具插入、稳定的力调节以及在复杂构型下的无碰撞圆周运动 - 现有标准MPC流程无法满足这些要求
🔧 核心方法
论文提出了一种集成框架: - 将力反馈模型预测控制(force-feedback MPC)与基于扩散的运动先验(diffusion-based motion priors)相结合 - 扩散模型作为运动策略的记忆库,为多个任务实例提供鲁棒的初始化和适应 - MPC确保安全执行,具有明确的力跟踪、扭矩可行性和碰撞避免功能 - 在扭矩控制机械臂上进行工业去毛刺任务验证
💡 核心创新
论文的核心创新点包括: - 首次将扩散运动先验(diffusion motion priors)与力反馈MPC集成,用于碰撞感知的接触丰富工业任务 - 通过扩散模型提供运动策略记忆,解决了传统MPC在复杂任务初始化方面的局限性 - 实现了在难以到达的构型和障碍约束下,仍能保持可靠工具插入、精确法向力跟踪和圆周去毛刺运动的能力 - 将学习引导的运动生成与基于模型的力控制相结合,形成了互补优势
🏆 总体贡献
论文对该领域的整体贡献是: - 提出了一种新颖的学习引导力反馈MPC框架,专门针对接触丰富的工业任务 - 通过实验验证了该方法在工业去毛刺任务中的有效性,包括可靠工具插入、精确力跟踪和无碰撞圆周运动 - 为机器人控制领域提供了将基于学习的运动先验与基于模型的力控制相结合的新范式 - 为解决复杂工业环境中的机器人控制问题提供了可行的技术方案