部分可观测环境中安全腿式导航的任务与运动集成规划

本研究提出了一种用于部分可观测环境中双足运动安全任务与运动规划（TAMP）的分层集成框架，该环境包含动态障碍物和崎岖地形。高层任务规划器采用线性时序逻辑（LTL）进行机器人与其环境之间的反应式博弈综合，并对导航安全性和任务完成提供形式化保证。为应对环境的部分可观测性，高层导航规划器采用信念抽象来估计动态障碍物的位置。相应地，综合动作规划器将一组运动动作发送给中层运动规划器，同时纳入基于运动过程降阶模型（ROM）的安全定理提取的安全运动规范。运动规划器利用 ROM 设计安全准则和采样算法，以生成精确跟踪高层动作的非周期运动规划。在低层，实现了基于角动量线性倒立摆模型的足落点控制器，并与基于踝驱动无源性的控制器集成以实现全身轨迹跟踪。为应对外部扰动，本研究还探讨了关键帧运动状态的安全顺序组合，并通过可达性分析实现对外部扰动的鲁棒过渡。整体 TAMP 框架通过 Agility Robotics 设计的双足行走机器人 Cassie 和 Digit 的大量仿真与硬件实验得到了验证。