This paper presents a novel framework for automatically learning complete Stack-of-Tasks (SoT) controllers for redundant robotic systems, including task priorities, activation logic, and control parameters. Unlike classical SoT pipelines-where task hierarchies are manually defined and tuned-our approach optimizes the full SoT structure directly from a user-specified cost function encoding intuitive preferences such as safety, precision, manipulability, or execution speed. The method combines Genetic Programming with simulation-based evaluation to explore both discrete (priority order, task activation) and continuous (gains, trajectory durations) components of the controller. We validate the framework on a dual-arm mobile manipulator (the ABB mobile-YuMi research platform), demonstrating robust convergence across multiple cost definitions, automatic suppression of irrelevant tasks, and strong resilience to distractors. Learned SoTs exhibit expert-like hierarchical structure and adapt naturally to multi-objective trade-offs. Crucially, all controllers transfer from Gazebo simulation to the real robot, achieving safe and precise motion without additional tuning. Experiments in static and dynamic environments show reliable obstacle avoidance, high tracking accuracy, and predictable behavior in the presence of humans. The proposed method provides an interpretable and scalable alternative to manual SoT design, enabling rapid, user-driven generation of task execution hierarchies for complex robotic systems.


翻译:本文提出了一种新颖的框架,用于为冗余机器人系统自动学习完整的任务栈(SoT)控制器,包括任务优先级、激活逻辑与控制参数。与经典SoT流程(需手动定义和调整任务层次结构)不同,本方法直接从用户指定的成本函数中优化完整的SoT结构,该函数编码了安全性、精度、可操作性或执行速度等直观偏好。该方法将遗传编程与基于仿真的评估相结合,以探索控制器的离散(优先级顺序、任务激活)和连续(增益、轨迹持续时间)组件。我们在双臂移动操作器(ABB mobile-YuMi研究平台)上验证了该框架,展示了其在多种成本定义下的稳健收敛性、对无关任务的自动抑制能力以及对干扰因素的强鲁棒性。学习得到的SoT展现出类似专家设计的层次结构,并能自然地适应多目标权衡。关键的是,所有控制器均能从Gazebo仿真迁移至真实机器人,无需额外调参即可实现安全精确的运动。静态与动态环境中的实验表明,该方法在存在人类的情况下仍能实现可靠的避障、高跟踪精度和可预测的行为。所提出的方法为手动SoT设计提供了一种可解释且可扩展的替代方案,能够为用户驱动的复杂机器人系统任务执行层次结构提供快速生成能力。

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