Nonlinear Model Predictive Control of a 3D Hopping Robot: Leveraging Lie Group Integrators for Dynamically Stable Behaviors

要約

安定したホッピングを実現することは、動的な脚による移動の分野における特徴的な課題でした。
制御されたホッピングは、グローバルな状態を調整するために地面の相互作用を変調する必要がある非常に短い接地フェーズと組み合わせて、長時間の過少作動のために特に困難です。
この作業では、マルチレート階層で低レベルのフィードバック コントローラーと組み合わせたハイブリッド非線形モデル予測制御の使用を検討し、新しい 3D ホッピング ロボットで動的に安定したモーションを実現します。
多様な回転でより豊かな動作を示すためには、計画レイヤーとフィードバック レイヤーの両方を幾何学的に一貫した方法で行う必要があります。
したがって、リー群積分器と適切なフィードバック コントローラーを採用するために必要なツールを開発します。
新しいロボットでの安定した3Dホッピング、およびシミュレーションでの軌道追跡とフリッピングを実験的に示します。

要約(オリジナル)

Achieving stable hopping has been a hallmark challenge in the field of dynamic legged locomotion. Controlled hopping is notably difficult due to extended periods of underactuation, combined with very short ground phases wherein ground interactions must be modulated to regulate global state. In this work, we explore the use of hybrid nonlinear model predictive control, paired with a low-level feedback controller in a multi-rate hierarchy, to achieve dynamically stable motions on a novel 3D hopping robot. In order to demonstrate richer behaviors on the manifold of rotations, both the planning and feedback layers must be done in a geometrically consistent fashion; therefore, we develop the necessary tools to employ Lie group integrators and an appropriate feedback controller. We experimentally demonstrate stable 3D hopping on a novel robot, as well as trajectory tracking and flipping in simulation.

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