Proprioception and Tail Control Enable Extreme Terrain Traversal by Quadruped Robots

要約

脚付きロボットは、地面との接触とそれらが提供する反力を利用して、機敏な移動を実現します。
ただし、不確実性と接触の不連続性が相まって、特に岩の多い丘や縁石などの予期しない高さの変化がある現実世界の環境では、失敗につながる可能性があります。
極端な地形の動的なトラバーサルを可能にするために、この作業では、1) 高度の変化による未知のハイブリッド イベントを推定し、コンタクト スケジュールと計画された足場をオンラインで変更することで対応するための固有感覚ベースの歩行プランナー、および 2) 自由度 2 を導入します。
接触に依存しない制御を改善するためのテールと、対応する分離制御スキームにより、汎用性と効率が向上します。
シミュレーション結果は、歩行プランナーが、固定された接触スケジュールと足場を想定する方法と比較して、予期しない地形の高さの変化の下での安定性を大幅に改善することを示しています。
さらに、テストによると、尾部は、最初の角度の外乱を伴う地形変化に遭遇したときに、安定性を維持するのに最も効果的であることが示されています。
結果は、これらのアプローチが相乗的に作用して、脚の長さの最大 1.5 倍の高さの変化と傾斜した初期状態で歩行を安定させることを示しています。

要約(オリジナル)

Legged robots leverage ground contacts and the reaction forces they provide to achieve agile locomotion. However, uncertainty coupled with contact discontinuities can lead to failure, especially in real-world environments with unexpected height variations such as rocky hills or curbs. To enable dynamic traversal of extreme terrain, this work introduces 1) a proprioception-based gait planner for estimating unknown hybrid events due to elevation changes and responding by modifying contact schedules and planned footholds online, and 2) a two-degree-of-freedom tail for improving contact-independent control and a corresponding decoupled control scheme for better versatility and efficiency. Simulation results show that the gait planner significantly improves stability under unforeseen terrain height changes compared to methods that assume fixed contact schedules and footholds. Further, testing shows the tail is most effective at maintaining stability when encountering a terrain change with an initial angular disturbance. The results show that these approaches work synergistically to stabilize locomotion with elevation changes up to 1.5 times the leg length and tilted initial states.

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