Hyppää sisältöön
    • Suomeksi
    • På svenska
    • In English
  • Suomi
  • Svenska
  • English
  • Kirjaudu
Hakuohjeet
JavaScript is disabled for your browser. Some features of this site may not work without it.
Näytä viite 
  •   Ammattikorkeakoulut
  • Savonia-ammattikorkeakoulu
  • Opinnäytetyöt (Avoin kokoelma)
  • Näytä viite
  •   Ammattikorkeakoulut
  • Savonia-ammattikorkeakoulu
  • Opinnäytetyöt (Avoin kokoelma)
  • Näytä viite

Simulation-Based Development of a Non-linear Excavator System: CasADi-based MPC and reinforcement learning control

Hou, Jiancai (2026)

 
Avaa tiedosto
Hou_Jiancai.pdf (2.107Mt)
Lataukset: 


Hou, Jiancai
2026
Näytä kaikki kuvailutiedot
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202604025605
Tiivistelmä
This work presents a simulation-based development and evaluation of a non-linear excavator system, focusing on two complementary tasks: end-effector pose tracking and contact-rich object manipulation (log grasping and lifting). The study was conducted entirely in simulation, following a simulation-first approach aimed at supporting future sim-to-real deployment.

For pose tracking, a non-linear Model Predictive Control (MPC) framework was implemented in Python using CasADi (Andersson et al. 2019) with the IPOPT (Interior Point Optimizer) solver. The controller was based on a URDF (unified robotic description format) aligned planar kinematic model that incorporates link orientation and TCP (tool-center-point) offsets, and it ran in a real-time receding-horizon manner.

For object manipulation, we built a reinforcement learning (RL) environment in NVIDIA Isaac Sim/Isaac Lab. A PPO (Proximal Policy Optimization) policy trained using RSL-RL (A Learning Library for Robotics Research) controlled an excavator-arm through a differential inverse kinematics (IK) under full 3D rigid-body dynamics with contact interaction.

The results showed that the MPC controller achieved stable and smooth convergence to different target poses. Meanwhile, the RL policy learned multi-stage manipulation behavior, allowing the robot to approach, grasp, and lift the log successfully in most test cases.
Kokoelmat
  • Opinnäytetyöt (Avoin kokoelma)
Ammattikorkeakoulujen opinnäytetyöt ja julkaisut
Yhteydenotto | Tietoa käyttöoikeuksista | Tietosuojailmoitus | Saavutettavuusseloste
 

Selaa kokoelmaa

NimekkeetTekijätJulkaisuajatKoulutusalatAsiasanatUusimmatKokoelmat

Henkilökunnalle

Ammattikorkeakoulujen opinnäytetyöt ja julkaisut
Yhteydenotto | Tietoa käyttöoikeuksista | Tietosuojailmoitus | Saavutettavuusseloste