Real-time Perceptive Motion Control using Control Barrier Functions with Analytical Smoothing for Six-Wheeled-Telescopic-Legged Robot Tachyon 3

要約

安全な脚移動を実現するには、ロボットや環境のさまざまな制約を考慮してリアルタイムに動作を生成することが重要です。
本研究では、新しく開発した6輪伸縮脚ロボットTachyon 3のための軽量リアルタイム視点運動制御システムを提案する。提案手法では、滑らかな分離軸定理(Smooth SAT)を含む解析的に平滑化された制約を、
3D 形状の新しい高次微分可能な衝突検出がコントロール バリア機能 (CBF) に適用されます。
CBFを統合した提案システムは、関節制限、環境衝突回避、安全な凸状足場制約を満たす1msの短い制御周期でのオンラインモーション生成を実現します。
Smooth SAT の効率は、衝突検出時間が 1 us 以下であることと、Tachyon3 の CBF 制約計算時間が数 us であることからわかります。
さらに、シミュレーションと実機におけるオンライン認識を統合した階段昇降動作を通じて、提案システムの有効性を検証します。

要約(オリジナル)

To achieve safe legged locomotion, it is important to generate motion in real-time considering various constraints in robots and environments. In this study, we propose a lightweight real-time perspective motion control system for the newly developed six-wheeled-telescopic-legged robot, Tachyon 3. In the proposed method, analytically smoothed constraints including Smooth Separating Axis Theorem (Smooth SAT) as a novel higher order differentiable collision detection for 3D shapes is applied to the Control Barrier Function (CBF). The proposed system integrating the CBF achieves online motion generation in a short control cycle of 1 ms that satisfies joint limitations, environmental collision avoidance and safe convex foothold constraints. The efficiency of Smooth SAT is shown from the collision detection time of 1 us or less and the CBF constraint computation time for Tachyon3 of several us. Furthermore, the effectiveness of the proposed system is verified through the stair-climbing motion, integrating online recognition in a simulation and a real machine.

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