Safety-critical Control of Quadrupedal Robots with Rolling Arms for Autonomous Inspection of Complex Environments

要約

この論文では、特に複雑な多層環境での自律ロボット検査などの機関車タスクを実行する場合に、ローラー アームを備えた四足ロボット向けに調整されたセーフティ クリティカルな制御フレームワークを紹介します。
この研究では、蒸留塔内で四足歩行ロボットを操作し、ローラー アームを使用して塔トレイ上を移動し、これらのトレイ間を移動する問題を検討します。
この問題に対処するために、私たちのフレームワークには次の重要な要素が含まれています: 1) カラム間のシームレスな移行のための軌道生成、2) 安全でないとみなされる領域での足場の再計画、3) コントロールバリア機能を組み込んだセーフティクリティカルな制御、4) 歩行移行に基づく
安全レベル、および 5) 低レベルのコントローラー。
これらのコンポーネントで構成される当社の包括的なフレームワークにより、複数のレイヤーにわたる自律的かつ安全な移動が可能になります。
当社では、安全性を確保するために低次数モデルと全身モデルを組み込み、セーフティクリティカルな制御とフットステップ再計画アプローチを統合しています。
ローラーアームを備えた四足ロボットがカラムトレイ構造内の異なるレベル間をうまく移動および移動する実際の実験を通じて、提案したフレームワークの有効性を検証します。

要約(オリジナル)

This paper presents a safety-critical control framework tailored for quadruped robots equipped with a roller arm, particularly when performing locomotive tasks such as autonomous robotic inspection in complex, multi-tiered environments. In this study, we consider the problem of operating a quadrupedal robot in distillation columns, locomoting on column trays and transitioning between these trays with a roller arm. To address this problem, our framework encompasses the following key elements: 1) Trajectory generation for seamless transitions between columns, 2) Foothold re-planning in regions deemed unsafe, 3) Safety-critical control incorporating control barrier functions, 4) Gait transitions based on safety levels, and 5) A low-level controller. Our comprehensive framework, comprising these components, enables autonomous and safe locomotion across multiple layers. We incorporate reduced-order and full-body models to ensure safety, integrating safety-critical control and footstep re-planning approaches. We validate the effectiveness of our proposed framework through practical experiments involving a quadruped robot equipped with a roller arm, successfully navigating and transitioning between different levels within the column tray structure.

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