基于线性离散控制屏障函数的实时安全双足机器人导航

实时安全导航是人形机器人在实际部署中的关键任务。由于人形机器人因单侧地面接触而本质上欠驱动，一条路径被认为是安全的当且仅当它无碰撞且尊重机器人的物理限制与底层动力学。现有方法通常将路径规划与步态控制解耦，原因在于完整阶机器人动力学带来的显著计算挑战。在本工作中，我们开发了一个统一的安全路径与步态规划框架，可在线实时评估，使机器人能够在聚类环境中导航同时保持稳定运动。我们的方法采用流行的线性倒立摆（LIP）模型作为模板模型来表示行走动力学。模型中引入航向角以正确评估物理可行步态所需的运动学约束。此外，我们利用离散控制屏障函数（DCBF）实现避障，确保后续落脚点在聚类环境中提供安全的导航路径。为保证实时计算，我们采用DCBF的一种新颖近似来生成线性DCBF（LDCBF）约束。我们在仿真中利用Digit机器人在随机生成的环境中验证了所提方法。结果表明，我们的方法能够为非平凡人形机器人生成安全步态，以实时导航包含随机障碍物的环境。