With the recent advances in machine learning, problems that traditionally would require accurate modeling to be solved analytically can now be successfully approached with data-driven strategies. Among these, computing the inverse kinematics of a redundant robot arm poses a significant challenge due to the non-linear structure of the robot, the hard joint constraints and the non-invertible kinematics map. Moreover, most learning algorithms consider a completely data-driven approach, while often useful information on the structure of the robot is available and should be positively exploited. In this work, we present a simple, yet effective, approach for learning the inverse kinematics. We introduce a structured prediction algorithm that combines a data-driven strategy with the model provided by a forward kinematics function -- even when this function is misspecified -- to accurately solve the problem. The proposed approach ensures that predicted joint configurations are well within the robot's constraints. We also provide statistical guarantees on the generalization properties of our estimator as well as an empirical evaluation of its performance on trajectory reconstruction tasks.


翻译:随着机器学习的最新进展,传统上需要精确建模才能通过分析解决的问题现在可以通过数据驱动战略成功地解决。其中,计算一个多余机器人臂反动运动学,由于机器人的非线性结构、硬性联合制约和不可忽略的运动学地图,这是一个重大挑战。此外,大多数学习算法都考虑完全的数据驱动方法,同时经常提供关于机器人结构的有用信息,应该加以积极利用。在这项工作中,我们提出了一个简单而有效的学习反动运动学的方法。我们引入了一种结构化预测算法,将数据驱动战略与由前方运动函数提供的模型结合起来,以准确解决问题 -- -- 即使这一函数被错误地指定。拟议方法确保预测的联合配置完全在机器人的制约范围内。我们还提供统计保证,说明我们估计者的一般特性,以及对其轨迹重建任务的业绩进行经验评估。

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