基于动态平衡切换系统刻画的四足机器人可捕获性与推力恢复
机器人学
2022-02-18 v3
摘要
本文研究四足运动的可捕获性与推力恢复。尽管关于腿式机器人可捕获性分析与推力恢复控制的文献丰富，现有工具主要针对双足或人形机器人开发。点接触与多条摆动腿等四足特有特征阻碍了这些方法的直接应用。为弥补这一空白，我们提出四足动力学的切换系统模型，并针对采用基于时间的步态的四足运动实例化抽象生存能力概念。可捕获性通过一种新颖的动态平衡状态规范来刻画，该规范解决了四足运动与平衡的时间变化本质。采用线性倒立摆（LIP）模型阐释该理论，并展示新开发的四足可捕获性如何用于四足推力恢复的运动规划。我们建立并求解一个显式模型预测控制（EMPC）问题，其最优解完整刻画了基于 LIP 的四足可捕获性。基于此分析，设计了一种基于优化的规划方案，用于在推力恢复期间确定足步与质心参考。为验证整体框架的有效性，我们进行了大量仿真与硬件实验。仿真结果说明了考虑动态平衡对四足可捕获性的必要性，以及所提策略在抗扰动方面的显著改进。在 Mini Cheetah 四足机器人复制品上的实验验证表明，与最先进技术相比最高有 100% 的改进。
引用
@article{arxiv.2201.11928,
title = {Quadruped Capturability and Push Recovery via a Switched-Systems Characterization of Dynamic Balance},
author = {Hua Chen and Zejun Hong and Shunpeng Yang and Patrick M. Wensing and Wei Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.11928},
year = {2022}
}