Optimizing high-degree of freedom robotic manipulators requires searching complex, high-dimensional configuration spaces, a task that is computationally challenging for classical methods. This paper introduces a quantum native framework that integrates quantum machine learning with Grover's algorithm to solve kinematic optimization problems efficiently. A parameterized quantum circuit is trained to approximate the forward kinematics model, which then constructs an oracle to identify optimal configurations. Grover's algorithm leverages this oracle to provide a quadratic reduction in search complexity. Demonstrated on simulated 1-DoF, 2-DoF, and dual-arm manipulator tasks, the method achieves significant speedups-up to 93x over classical optimizers like Nelder Mead as problem dimensionality increases. This work establishes a foundational, quantum-native framework for robot kinematic optimization, effectively bridging quantum computing and robotics problems.


翻译:优化高自由度机器人操作臂需要在复杂的高维构型空间中进行搜索,这对经典计算方法而言是一项计算挑战。本文提出了一种量子原生框架,将量子机器学习与Grover算法相结合,以高效求解运动学优化问题。通过训练参数化量子电路来近似正向运动学模型,进而构建用于识别最优构型的预言机。Grover算法利用该预言机实现了搜索复杂度的二次方级降低。在模拟的单自由度、双自由度及双臂操作臂任务上的实验表明,随着问题维度的增加,该方法相比Nelder Mead等经典优化器取得了显著的加速效果——最高可达93倍。本研究为机器人运动学优化建立了一个基础的量子原生框架,有效连接了量子计算与机器人学问题领域。

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
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
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
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
3+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
Arxiv
43+阅读 · 2024年1月25日
VIP会员
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3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
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
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
3+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
Top
微信扫码咨询专知VIP会员