Dynamic Bipedal MPC with Foot-level Obstacle Avoidance and Adjustable Step Timing

碰撞-free 规划是运动在非结构化环境中进行的两足机器人不可或缺的任务。本文提出了一种针对动态两足机器人的实时模型预测控制（MPC）框架，解决正躯体和脚部避障问题。我们的贡献有两个方面：我们引入（1）一种用于调整步态时间安排以促进更快的躯体避障的新方法，以及（2）一种新的三维脚部避障公式，通过隐式选择脚踝轨迹和脚位，以充分考虑中心质量（COM）动力学，能够意识到地面上的障碍物。我们通过应用安全区域的半空间松弛来实现躯体避障，但引入一种基于跟踪误差的切换启发式方法，以检测是否需要更改脚踝时间表。为实现脚部避障以及障碍物四面脚的可行着陆脚位，我们将地面上非凸的安全区域分解为多个凸多边形，并使用混合整数二次规划来确定最优候选。我们发现引入软最小行驶距离约束在防止 MPC 被障碍物后方的半空间松弛方法陷入局部最小值方面非常有效。我们在 Cassie 和 Digit 两款两足机器人平台的多体仿真以及 Digit 的硬件实验中演示了所提出算法。