Impact-Aware Multi-Contact Balance Criteria

要約

脚式ロボットにとって、バランスを維持しながら意図的に衝撃を加えるのは困難です。
この研究は、人型ロボットHRP-4が二本足で立った状態で右腕で意図的に壁を叩く実験データを観察したことから始まりました。
不思議なことに、通常のゼロモーメントポイントバランス基準に違反しても、体系的には転倒には至りませんでした。
この現象を調査するために、質量中心 (CoM) 速度領域として定義される非共面接触のゼロステップ捕捉領域を提案し、2 つの非共面接触で HRP-4 バランスを使用したプッシュ回復実験で検証しました。
連絡先。
目的通りの衝撃をさらに可能にするために、摩擦衝撃ダイナミクスを考慮した一連の候補衝撃後 CoM 速度を 3 次元で計算し、衝撃中および衝撃後の持続的な接触とのバランスを維持するためにセット全体を CoM 速度領域内に制限します。
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シミュレーションでさまざまな HRP-4 スタンスの最大接触速度を示し、他のタスク空間の全身コントローラーまたはプランナーへの統合の可能性を示します。
この研究は、運動学制御の人型ロボットを使用して非共面接触に意図的な衝撃を与えるという困難な問題に初めて取り組んだものです。

要約(オリジナル)

Intentionally applying impacts while maintaining balance is challenging for legged robots. This study originated from observing experimental data of the humanoid robot HRP-4 intentionally hitting a wall with its right arm while standing on two feet. Strangely, violating the usual zero moment point balance criteria did not systematically result in a fall. To investigate this phenomenon, we propose the zero-step capture region for non-coplanar contacts, defined as the center of mass (CoM) velocity area, and validated it with push-recovery experiments employing the HRP-4 balancing on two non-coplanar contacts. To further enable on-purpose impacts, we compute the set of candidate post-impact CoM velocities accounting for frictional-impact dynamics in three dimensions, and restrict the entire set within the CoM velocity area to maintain balance with the sustained contacts during and after impacts. We illustrate the maximum contact velocity for various HRP-4 stances in simulation, indicating potential for integration into other task-space whole-body controllers or planners. This study is the first to address the challenging problem of applying an intentional impact with a kinematic-controlled humanoid robot on non-coplanar contacts.

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