Terrestrial Locomotion of PogoX: From Hardware Design to Energy Shaping and Step-to-step Dynamics Based Control

要約

我々は、航空機とバネ仕掛けの脚を組み合わせたロボット移動モーターの新しいコントローラー設計を紹介します。
主な動機は、航空機が重い荷物を運ぶように地上移動機能を有効にすることです。たとえば、推力対重量比 (TWR) が小さい場合など、飛行が不可能になるほど重い荷物です。
このロボットはポゴスティックの脚とクワローターを備えて設計されているため、PogoX と名付けられました。
シンプルで軽量なバネ仕掛けの脚を使用して、ロボットが TWR $<1$ でホップできることを示します。 ホッピングの制御は、2 つのコンポーネントによって実現されます。1 つは制御リアプノフ関数ベースのエネルギー形成による垂直高さ制御、もう 1 つはスプリング式倒立式のホッピングからインスピレーションを得たステップツーステップ (S2S) ダイナミクスに基づく水平速度制御です。 振り子（SLIP）。 コントローラーは物理ロボット上で実現することに成功し、地面の高さの変化や外部からの圧力に対して堅牢性を備え、さまざまな高さと異なる水平速度でホップできる PogoX の動的地上移動を示します。

要約(オリジナル)

We present a novel controller design on a robotic locomotor that combines an aerial vehicle with a spring-loaded leg. The main motivation is to enable the terrestrial locomotion capability on aerial vehicles so that they are carrying heavy loads: heavy enough that flying is no longer possible, e.g., when the thrust-to-weight ratio (TWR) is small. The robot is designed with a pogo-stick leg and a quadrotor, and thus it is named as PogoX. We show that with a simple and lightweight spring-loaded leg, the robot is capable of hopping with TWR $<1$. The control of hopping is realized via two components: a vertical height control via control Lyapunov function-based energy shaping, and a step-to-step (S2S) dynamics based horizontal velocity control that is inspired by the hopping of the Spring-Loaded Inverted Pendulum (SLIP). The controller is successfully realized on the physical robot, showing dynamic terrestrial locomotion of PogoX which can hop at variable heights and different horizontal velocities with robustness to ground height variations and external pushes.

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