An Efficient Paradigm for Feasibility Guarantees in Legged Locomotion

要約

任意の地形上で脚システムの実現可能な車体軌道を開発することは、困難な課題です。
この論文では、実現可能な質量中心 (CoM) と体の軌道を効率的に設計できるパラダイムを紹介します。
以前の研究 [1] では、提案された許容領域内に CoM の投影が存在する場合に常に静的バランスと関節トルク制限の満足が保証される 2D 実行可能領域の概念を導入しました。
この研究では、関節トルクと運動学的制限の両方を効率的に満たしながら動的バランスを保証する、改善された実行可能領域の一般的な定式化を提案します。
運動学的限界の実現可能性を組み込むために、CoM の到達可能領域を計算するアルゴリズムを導入します。
さらに、改善された実行可能領域を利用して、実行可能な CoM および身体方向軌道を設計する効率的な計画戦略を提案します。
最後に、90 kg の油圧駆動四足歩行ロボット (HyQ) と 21 kg の Aliengo ロボットのシミュレーションと実験を使用して、改善された実行可能領域の機能と提案された計画戦略の有効性を検証します。

要約(オリジナル)

Developing feasible body trajectories for legged systems on arbitrary terrains is a challenging task. In this paper, we present a paradigm that allows to design feasible Center of Mass (CoM) and body trajectories in an efficient manner. In our previous work [1], we introduced the notion of the 2D feasible region, where static balance and the satisfaction of joint torque limits were guaranteed, whenever the projection of the CoM lied inside the proposed admissible region. In this work we propose a general formulation of the improved feasible region that guarantees dynamic balance alongside the satisfaction of both joint-torque and kinematic limits in an efficient manner. To incorporate the feasibility of the kinematic limits, we introduce an algorithm that computes the reachable region of the CoM. Furthermore, we propose an efficient planning strategy that utilizes the improved feasible region to design feasible CoM and body orientation trajectories. Finally, we validate the capabilities of the improved feasible region and the effectiveness of the proposed planning strategy, using simulations and experiments on the 90 kg Hydraulically actuated Quadruped (HyQ) and the 21 kg Aliengo robots.

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