AcroMonk: A Minimalist Underactuated Brachiating Robot

要約

ブラキエーションは、サルや類人猿が枝の間を移動するために使用する、体と腕を動的に調整して振る操作です。
ユニークな低作動モードの移動モードとして、ヒューマノイドやアニマロイドの展開シナリオを広げることができるため、ロボット工学の観点から研究することは興味深いものです。
これまでにさまざまな複雑さのいくつかのブラキエーション ロボットが提案されてきましたが、この論文では、単一のアクチュエータと非作動グリッパーのみを使用した、可能な限りシンプルなブラキエーション ロボットのプロトタイプを紹介します。
斬新なパッシブグリッパー設計により、モンキーバーにスナップオンおよびリリースできると同時に、スイングの明確な開始ポーズと終了ポーズを保証します。
分岐動作は、直接コロケーションによる軌道の最適化と、モデルベースの時変線形二次調整器 (TVLQR) またはモデルフリーの比例微分 (PD) 制御による安定化、および強化学習による 3 つの異なる方法で実現されます。
(RL) ベースの制御ポリシー。
3 つの制御方式は、外乱、質量の不確実性、エネルギー消費に対する堅牢性の観点から比較されます。
システム設計とコントローラーはオープンソース化されています。
最小限でオープンな設計のため、このシステムは教育と研究のための正規の不十分なプラットフォームとして機能します。

要約(オリジナル)

Brachiation is a dynamic, coordinated swinging maneuver of body and arms used by monkeys and apes to move between branches. As a unique underactuated mode of locomotion, it is interesting to study from a robotics perspective since it can broaden the deployment scenarios for humanoids and animaloids. While several brachiating robots of varying complexity have been proposed in the past, this paper presents the simplest possible prototype of a brachiation robot, using only a single actuator and unactuated grippers. The novel passive gripper design allows it to snap on and release from monkey bars, while guaranteeing well defined start and end poses of the swing. The brachiation behavior is realized in three different ways, using trajectory optimization via direct collocation and stabilization by a model-based time-varying linear quadratic regulator (TVLQR) or model-free proportional derivative (PD) control, as well as by a reinforcement learning (RL) based control policy. The three control schemes are compared in terms of robustness to disturbances, mass uncertainty, and energy consumption. The system design and controllers have been open-sourced. Due to its minimal and open design, the system can serve as a canonical underactuated platform for education and research.

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