非对称多腿 locomotion 的敏捷性：基于几何力学和自旋模型二称性的接触规划

leg机器人研究目前集中在双足或四足机器人上，尽管可以构建具有更多腿部的机器人以 potentially improve locomotion performance。这种不平衡并非 necessarily due to hardware 限制，而是由于缺乏解释何时以及如何additional legs improve locomotion performance的原则性控制框架。 在多腿系统中，协调许多同时接触引入严重的维度诅咒，挑战现有的建模和控制方法。作为一种替代方案，多腿机器人通常使用为双足或四足机器人开发的低维 gait 控制，这些策略无法发挥在更高维系统中出现的new symmetries和控制机会。在本工作中，我们发展了一个发现多腿 locomotion 中新控制结构的原则框架。我们使用几何力学将接触丰富的 locomotion 规划简化为图优化问题，提出一种来自统计力学的自旋模型二称性框架，以利用对称性破坏并指导最优 gait 重组。通过这种方法，我们识别出一种针对六足机器人实现的非对称 locomotion 策略，前进速度为0.61个身体长度/周期（比传统 gait 高出50%）。这种非对称性出现在控制和硬件水平。 在控制水平，身体姿态在快速顺时针和慢速逆时针转向相位之间进行非对称振荡，以实现前进 locomotion。在硬件水平，同一侧的两个腿保持非受控状态，可以用刚性部件取代而不会降低性能。数值仿真和 robophysical 实验验证了该框架并揭示了在高维具身系统中对称性重塑如何产生新颖的 locomotion 行为。