刚性和关节式顺式四足动物的通用、稳健与爆炸式 locomotion

实现对动态不确定性具有鲁棒性的通用和爆炸式运动是一项具有挑战性的任务。引入四足动物设计中的并行顺式被认为可以增强 locomotion 性能,但这会使控制任务更加困难。本工作旨在通过提出通用模板模型并建立高效的 motion planning 与控制管线来解决此挑战。首先,我们提出了一种简化的模板模型——带 trunk 旋转的双腿驱动弹簧倒车,该模型通过解耦弹簧效应和主动电机驱动,显式地建模了并行顺式。凭借该模板模型,可通过双层轨迹优化生成各种 acrobatic 动作,包括 pronking、frog jumping 和 hop-turn，其中考虑了无奇点的人体旋转表示。结合线性无奇点跟踪控制器,实现了增强的四足 locomotion。与现有模板模型的比较揭示了我们模型在精度和泛化性方面的改进。硬件实验中的刚性四足动物和新设计的顺式四足动物证明:1)模板模型能够生成各种动态运动;2)并行顺式增强了爆炸式运动。例如,最大 pronking 距离、hop-turn yaw 角和 frog jumping 距离分别提高了至少 25%、15% 和 25%;3)并行顺式提高了对动态不确定性的鲁棒性,包括建模误差和外部扰动。例如,对于稳健的 frog jumping,可支持的支撑面高度变化范围提高了 100%。