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计算机科学 > 机器人技术

arXiv:2507.06905 (cs)
[提交于 2025年7月9日 ]

标题: ULC:一种用于人形机器人运动操作的统一且细粒度控制器

标题: ULC: A Unified and Fine-Grained Controller for Humanoid Loco-Manipulation

Authors:Wandong Sun, Luying Feng, Baoshi Cao, Yang Liu, Yaochu Jin, Zongwu Xie
摘要: 人形机器人Loco-Manipulation旨在使机器人能够将移动性与上半身跟踪能力相结合。 现有的大多数方法采用分层架构,将控制分解为独立的上半身(操作)和下半身(移动)策略。 虽然这种分解降低了训练复杂性,但其本质上限制了子系统之间的协调,并与人类表现出的统一全身控制相矛盾。 我们证明,一个统一的策略可以实现人形Loco-Manipulation的跟踪精度、大工作空间和鲁棒性。 我们提出了统一的Loco-Manipulation控制器(ULC),这是一个单一策略框架,以端到端的方式同时跟踪根速度、根高度、躯干旋转和双臂关节位置,证明了统一控制的可行性而不会牺牲性能。 我们通过关键技术实现了这种统一控制:序列技能获取用于逐步学习复杂性,残差动作建模用于精细控制调整,命令多项式插值用于平滑运动过渡,随机延迟释放用于应对部署变化的鲁棒性,负载随机化用于对外部干扰的泛化,以及重心跟踪用于提供显式的策略梯度以保持稳定性。 我们在具有3-DOF(自由度)腰部的Unitree G1人形机器人上验证了我们的方法。 与强基线相比,ULC在解耦方法中表现出更好的跟踪性能,并展示了更大的工作空间覆盖范围。 统一的双臂跟踪能够在外部负载下进行精确操作,同时保持协调的全身控制以完成复杂的Loco-Manipulation任务。
摘要: Loco-Manipulation for humanoid robots aims to enable robots to integrate mobility with upper-body tracking capabilities. Most existing approaches adopt hierarchical architectures that decompose control into isolated upper-body (manipulation) and lower-body (locomotion) policies. While this decomposition reduces training complexity, it inherently limits coordination between subsystems and contradicts the unified whole-body control exhibited by humans. We demonstrate that a single unified policy can achieve a combination of tracking accuracy, large workspace, and robustness for humanoid loco-manipulation. We propose the Unified Loco-Manipulation Controller (ULC), a single-policy framework that simultaneously tracks root velocity, root height, torso rotation, and dual-arm joint positions in an end-to-end manner, proving the feasibility of unified control without sacrificing performance. We achieve this unified control through key technologies: sequence skill acquisition for progressive learning complexity, residual action modeling for fine-grained control adjustments, command polynomial interpolation for smooth motion transitions, random delay release for robustness to deploy variations, load randomization for generalization to external disturbances, and center-of-gravity tracking for providing explicit policy gradients to maintain stability. We validate our method on the Unitree G1 humanoid robot with 3-DOF (degrees-of-freedom) waist. Compared with strong baselines, ULC shows better tracking performance to disentangled methods and demonstrating larger workspace coverage. The unified dual-arm tracking enables precise manipulation under external loads while maintaining coordinated whole-body control for complex loco-manipulation tasks.
主题: 机器人技术 (cs.RO)
引用方式: arXiv:2507.06905 [cs.RO]
  (或者 arXiv:2507.06905v1 [cs.RO] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.06905
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI(待注册)

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来自: Wandong Sun [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 7 月 9 日 14:44:52 UTC (9,703 KB)
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