論文の概要: Swimming Under Constraints: A Safe Reinforcement Learning Framework for Quadrupedal Bio-Inspired Propulsion

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.04073v1
• Date: Wed, 04 Mar 2026 13:47:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-23 08:17:41.89372
• Title: Swimming Under Constraints: A Safe Reinforcement Learning Framework for Quadrupedal Bio-Inspired Propulsion
• Title（参考訳）: 制約下での水泳:四足歩行型バイオインスパイア推進のための安全な強化学習フレームワーク
• Authors: Xinyu Cui, Fei Han, Hang Xu, Yongcheng Zeng, Luoyang Sun, Ruizhi Zhang, Jian Zhao, Haifeng Zhang, Weikun Li, Hao Chen, Jun Wang, Dixia Fan,
• Abstract要約: バイオインスパイアされた水生推進は高い推力と操縦性を提供するが、リフトの変動のような力の不安定化を招きやすい。 本研究では,ゆらぎを最小化しながら前進推力を最大化する制約付き最適化問題として,四足歩行を定式化する。 その結果、推力効率の向上、不安定化力の低減、最先端のベースラインに比べて収束の速さが示された。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 22.73238969153177
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Bio-inspired aquatic propulsion offers high thrust and maneuverability but is prone to destabilizing forces such as lift fluctuations, which are further amplified by six-degree-of-freedom (6-DoF) fluid coupling. We formulate quadrupedal swimming as a constrained optimization problem that maximizes forward thrust while minimizing destabilizing fluctuations. Our proposed framework, Accelerated Constrained Proximal Policy Optimization with a PID-regulated Lagrange multiplier (ACPPO-PID), enforces constraints with a PID-regulated Lagrange multiplier, accelerates learning via conditional asymmetric clipping, and stabilizes updates through cycle-wise geometric aggregation. Initialized with imitation learning and refined through on-hardware towing-tank experiments, ACPPO-PID produces control policies that transfer effectively to quadrupedal free-swimming trials. Results demonstrate improved thrust efficiency, reduced destabilizing forces, and faster convergence compared with state-of-the-art baselines, underscoring the importance of constraint-aware safe RL for robust and generalizable bio-inspired locomotion in complex fluid environments.
• Abstract（参考訳）: バイオインスパイアされた水生推進は高い推力と操作性を提供するが、リフトの変動のような不安定な力は6自由度(6-DoF)流体結合によってさらに増幅される。 本研究では,ゆらぎを最小化しながら前進推力を最大化する制約付き最適化問題として,四足歩行を定式化する。 提案フレームワークは, PID制御ラグランジュ乗算器(ACPPO-PID)を用いて, PID制御ラグランジュ乗算器による制約を強制し, 条件付き非対称クリッピングによる学習を加速し, サイクルワイド幾何的集計による更新を安定化する。 ACPPO-PIDは、模倣学習によって初期化され、オンハードウェアの曳航式実験を通じて洗練され、四足歩行試験に効果的に移行する制御ポリシーを生成する。 その結果, 推力効率の向上, 不安定化力の低減, 最先端のベースラインよりも早く収束できることが示され, 複雑な流体環境下でのバイオインスパイアされたロコモーションに対する制約認識型安全なRLの重要性が強調された。

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