Proprioception and Tail Control Enable Extreme Terrain Traversal by Quadruped Robots

要約

脚式ロボットは、地面との接触とその反力を利用して機敏な移動を実現します。
ただし、接触の不連続性と不確実性が組み合わさると、特に岩の多い丘や縁石など、予期せぬ高さの変化がある現実の環境では、障害が発生する可能性があります。
極端な地形の動的な横断を可能にするために、この研究では、1) 標高の変化による未知のハイブリッド イベントを推定し、オンラインで連絡スケジュールと計画された足場を変更することで対応するための固有受容ベースの歩行プランナー、および 2) 2 自由度を導入しています。
テールは接触独立制御を改善し、対応する分離制御スキームにより汎用性と効率を向上させます。
シミュレーション結果は、固定の接触スケジュールと足場を想定した方法と比較して、歩行プランナーが予期せぬ地形の高さの変化の下での安定性を大幅に向上させることを示しています。
さらに、テストにより、尾部は、初期の角度外乱を伴う地形変化に遭遇した場合に、安定性を維持するのに特に効果的であることが示されている。
結果は、これらのアプローチが相乗的に機能して、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の移動を安定化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, tests have shown that the tail is particularly 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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