キロヘルツ・セーフ：制約付き巧緻リタゲティングのためのスケーラブルなフレームワーク

arXiv cs.RO / 2026/4/1

📰 ニュースSignals & Early TrendsIdeas & Deep AnalysisModels & Research

共有:

要点

本論文は、運動学的および安全性の制約が異種である環境下において、キロヘルツ級のリアルタイム性能を目標とする、巧緻ハンドのモーション・リタゲティングのためのスケーラブルなフレームワーク「Kilohertz-Safe」を提案する。
通常は非線形になりがちなリタゲティング問題を、関節微分空間における凸2次計画問題（Quadratic Program）として再定式化することで、計算効率と数値安定性を改善する。
運動学的制限や衝突回避といった異種の制約を体系的に線形化し、迅速な制御のための実運用を可能にする。
リタゲティング過程で、制御バリア関数（Control Barrier Functions）を統合し、形式的な安全性保証を提供する。
Wuji Handプラットフォームでの実験により、平均レイテンシが低い（9.05 ms）こと、ならびに安全性遵守率が高い（95%以上のフレーム）ことが示され、シミュレーションおよびハードウェア試験の両方で、Dex-RetargetingやGeoRTといった従来手法を上回る。

Abstract

Dexterous hand teleoperation requires motion re-targeting methods that simultaneously achieve high-frequency real-time performance and enforcement of heterogeneous kinematic and safety constraints. Existing nonlinear optimization-based approaches often incur prohibitive computational cost, limiting their applicability to kilohertz-level control, while learning-based methods typically lack formal safety guarantees. This paper proposes a scalable motion retargeting framework that reformulates the nonlinear retargeting problem into a convex quadratic program in joint differential space. Heterogeneous constraints, including kinematic limits and collision avoidance, are incorporated through systematic linearization, resulting in improved computational efficiency and numerical stability. Control barrier functions are further integrated to provide formal safety guarantees during the retargeting process. The proposed framework is validated through simulations and hardware experiments on the Wuji Hand platform, outperforming state-of-the-art methods such as Dex-Retargeting and GeoRT. The framework achieves high-frequency operation with an average latency of 9.05 ms, while over 95% of retargeted frames satisfy the safety criteria, effectively mitigating self-collision and penetration during complex manipulation tasks.