Continuous Dynamic Bipedal Jumping via Adaptive-model Optimization

要約

動的かつ連続的なジャンプは、二足歩行ロボット制御において未解決ながらも依然として困難な問題です。
軌道最適化 (TO) 問題における動的モデルの選択は、軌道の精度と計算効率に大きな役割を果たしますが、これらは通常は同時に確保することはできません。
このレターでは、HECTOR 二足歩行ロボットで連続的かつロバストなジャンプを効果的に実現するための、新しい適応モデル最適化アプローチ、適応モデル TO と適応周波数モデル予測制御 (MPC) の統合フレームワークを提案します。
提案された適応モデル TO は、軌道の精度と計算効率を確保するために、さまざまなジャンプ段階でのモデル忠実度の必要性のために、二足歩行ジャンプ動作の適応忠実度ダイナミクス モデリングを融合します。
さらに、従来のアプローチでは、TO とリアルタイム制御のサンプリング周波数が同期していないため、フレームワークのモデリング解像度が不一致になります。
効果的な軌道追跡のために、さまざまなフェーズの TO 軌道分解能に基づいて MPC サンプリング周波数を調整します。
ハードウェア実験では、最大 40 cm (ロボットの高さの 57%) の距離をカバーする堅牢かつダイナミックなジャンプを実証しました。
この実験の再現性を検証するために、53 回のジャンプ実験を実行し、90% の成功率を達成しました。
連続ジャンプでは、地形の高さの摂動 (最大 5 cm) と不連続性 (最大 20 cm のギャップ) を伴う連続二足歩行ジャンプを実演します。

要約(オリジナル)

Dynamic and continuous jumping remains an open yet challenging problem in bipedal robot control. The choice of dynamic models in trajectory optimization (TO) problems plays a huge role in trajectory accuracy and computation efficiency, which normally cannot be ensured simultaneously. In this letter, we propose a novel adaptive-model optimization approach, a unified framework of Adaptive-model TO and Adaptive-frequency Model Predictive Control (MPC), to effectively realize continuous and robust jumping on HECTOR bipedal robot. The proposed Adaptive-model TO fuses adaptive-fidelity dynamics modeling of bipedal jumping motion for model fidelity necessities in different jumping phases to ensure trajectory accuracy and computation efficiency. In addition, conventional approaches have unsynchronized sampling frequencies in TO and real-time control, causing the framework to have mismatched modeling resolutions. We adapt MPC sampling frequency based on TO trajectory resolution in different phases for effective trajectory tracking. In hardware experiments, we have demonstrated robust and dynamic jumps covering a distance of up to 40 cm (57% of robot height). To verify the repeatability of this experiment, we run 53 jumping experiments and achieve 90% success rate. In continuous jumps, we demonstrate continuous bipedal jumping with terrain height perturbations (up to 5 cm) and discontinuities (up to 20 cm gap).

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