A factored Nonlinear Program (Factored-NLP) explicitly models the dependencies between a set of continuous variables and nonlinear constraints, providing an expressive formulation for relevant robotics problems such as manipulation planning or simultaneous localization and mapping. When the problem is over-constrained or infeasible, a fundamental issue is to detect a minimal subset of variables and constraints that are infeasible.Previous approaches require solving several nonlinear programs, incrementally adding and removing constraints, and are thus computationally expensive. In this paper, we propose a graph neural architecture that predicts which variables and constraints are jointly infeasible. The model is trained with a dataset of labeled subgraphs of Factored-NLPs, and importantly, can make useful predictions on larger factored nonlinear programs than the ones seen during training. We evaluate our approach in robotic manipulation planning, where our model is able to generalize to longer manipulation sequences involving more objects and robots, and different geometric environments. The experiments show that the learned model accelerates general algorithms for conflict extraction (by a factor of 50) and heuristic algorithms that exploit expert knowledge (by a factor of 4).


翻译:一个要素非线性程序(Factored-NLP) 明确模型一组连续变量和非线性制约之间的依赖性,为操纵规划或同步本地化和绘图等相关机器人问题提供直观的配方。当问题过于紧张或不可行时,一个根本问题就是检测一小撮不可行的变量和制约因素。 以往的方法要求解决若干非线性程序, 逐步增加并消除制约, 从而计算成本。 在本文中, 我们提出一个图表神经结构, 预测哪些变量和制约因素是联合不可行的。 该模型经过一组有标签的刻度- NLPs子图的训练, 更重要的是, 可以对比培训期间所见的更大的有系数的非线性方案作出有用的预测。 我们评估我们的机器人操纵规划方法, 我们的模型能够概括到更多物体和机器人以及不同几何环境的较长期操纵序列。 实验显示, 所学的模型加速了冲突提取的一般算法( 以50 系数计算 ), 和 Heuristal 算法是专家 4 。

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