Multi-Task Learning of Active Fault-Tolerant Controller for Leg Failures in Quadruped robots

要約

屋外探査で使用される電動四足ロボットは、脚関連の電気的または機械的故障の影響を受けやすいです。
予期せぬ関節の力の損失と関節のロックは、直ちに転倒の危険を引き起こす可能性があります。
通常、コントローラーには、自分の関節の状態を積極的に感知して、事前のアクションを実行する機能がありません。
元の動作パターンを維持すると、コントローラが短期間に不合理な出力を生成し、さらに重大な身体的損傷の危険性が生じるため、悲惨な結果につながる可能性があります。
この論文では、2 種類の脚関節障害を能動的に認識して克服できるマルチタスク トレーニング アーキテクチャを採用した階層型フォールトトレラント制御方式を紹介します。
このアーキテクチャは、健康、電力損失、ロッキングのシナリオに対する 3 つの共同タスク ポリシーを同時にトレーニングし、対称リフレクション初期化手法を導入して、迅速かつ安定した歩行スキルの変換を保証します。
実験により、単一の脚が 2 つの関節で同時に関節故障を経験するという予期せぬシナリオにおいても、制御スキームが堅牢であることが実証されました。
さらに、このポリシーによりロボットの平面移動性が維持され、大まかな速度追跡が可能になります。
最後に、ゼロショット Sim2Real 転送が現実世界の SOLO8 ロボット上で実現され、電気的および機械的故障の両方に対処します。

要約(オリジナル)

Electric quadruped robots used in outdoor exploration are susceptible to leg-related electrical or mechanical failures. Unexpected joint power loss and joint locking can immediately pose a falling threat. Typically, controllers lack the capability to actively sense the condition of their own joints and take proactive actions. Maintaining the original motion patterns could lead to disastrous consequences, as the controller may produce irrational output within a short period of time, further creating the risk of serious physical injuries. This paper presents a hierarchical fault-tolerant control scheme employing a multi-task training architecture capable of actively perceiving and overcoming two types of leg joint faults. The architecture simultaneously trains three joint task policies for health, power loss, and locking scenarios in parallel, introducing a symmetric reflection initialization technique to ensure rapid and stable gait skill transformations. Experiments demonstrate that the control scheme is robust in unexpected scenarios where a single leg experiences concurrent joint faults in two joints. Furthermore, the policy retains the robot’s planar mobility, enabling rough velocity tracking. Finally, zero-shot Sim2Real transfer is achieved on the real-world SOLO8 robot, countering both electrical and mechanical failures.

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