Hybrid Dynamics Modeling and Trajectory Planning for a Cable-Trailer System with a Quadruped Robot

要約

輸送のためにそりを引く犬の利用からインスピレーションを得て、四足ロボットを備えたケーブルトレーラーシステムを導入しました。
提案されたロボット システムの動作計画には、トレーラーの非ホロノミックな制約、システムの作動不足、およびケーブルを介したハイブリッド相互作用から生じる課題が存在します。
これらの課題に取り組むために、ケーブルの張り/緩み状態を考慮したハイブリッド ダイナミクス モデルを開発しました。
軌道を直接最適化するのは計算量が多いため、最初に、初期解として次善の軌道を計算する検索アルゴリズムを提案します。
次に,物体の幾何学的形状に基づく新しい衝突回避制約を提案して,ハイブリッドシステムの軌道最適化問題を定式化した。
提案された軌道計画手法は、カスタマイズされたケーブルトレーラーを備えた Unitree A1 四足歩行ロボットに実装され、実験を通じて検証されます。

要約(オリジナル)

Inspired by the utilization of dogs in sled-pulling for transportation, we introduce a cable-trailer system with a quadruped robot. The motion planning of the proposed robot system presents challenges arising from the nonholonomic constraints of the trailer, system underactuation, and hybrid interaction through the cable. To tackle these challenges, we develop a hybrid dynamics model that accounts for the cable’s taut/slack status. Since it is computationally intense to directly optimize the trajectory, we first propose a search algorithm to compute a sub-optimal trajectory as the initial solution. Then, a novel collision avoidance constraint based on the geometric shapes of objects is proposed to formulate the trajectory optimization problem for the hybrid system. The proposed trajectory planning method is implemented on a Unitree A1 quadruped robot with a customized cable-trailer and validated through experiments.

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