Capture Point Control in Thruster-Assisted Bipedal Locomotion

要約

予期せぬ外乱に強い制御設計の大幅な進歩にもかかわらず、二足歩行ロボットは依然として転倒しやすく、起伏の多い地形を通過するのに苦労します。
二足歩行ロボットでスラスターを利用することで、追加の姿勢操作を実行し、移動モードを拡張して、ロボットの安定性と、荒くて移動が困難な地形を通過する能力を強化できます。
この論文では、Harpy という名前のスラスタ支援歩行モデルのキャプチャ ポイント制御に基づくコントローラを設計する取り組みを紹介し、その制御設計の可能性を探ります。
二足歩行システムの重心モデルに基づくキャプチャ ポイントの制御は広く研究されていますが、キャプチャ ポイント ベースの作業でよく使用される線形倒立振子モデルのダイナミクスに影響を与える可能性がある外力の組み込みについては、これまで検討されていませんでした。
これらの外力を含めることで、水中脚の移動で研究される仮想浮力など、移動の興味深い解釈につながる可能性があります。
このペーパーでは、ロボットの動的モデル、上半身の安定化を支援するために使用するキャプチャ ポイント法、およびコントローラーの実現可能性を示すために行われたシミュレーション作業の概要を説明します。

要約(オリジナル)

Despite major advancements in control design that are robust to unplanned disturbances, bipedal robots are still susceptible to falling over and struggle to negotiate rough terrains. By utilizing thrusters in our bipedal robot, we can perform additional posture manipulation and expand the modes of locomotion to enhance the robot’s stability and ability to negotiate rough and difficult-to-navigate terrains. In this paper, we present our efforts in designing a controller based on capture point control for our thruster-assisted walking model named Harpy and explore its control design possibilities. While capture point control based on centroidal models for bipedal systems has been extensively studied, the incorporation of external forces that can influence the dynamics of linear inverted pendulum models, often used in capture point-based works, has not been explored before. The inclusion of these external forces can lead to interesting interpretations of locomotion, such as virtual buoyancy studied in aquatic-legged locomotion. This paper outlines the dynamical model of our robot, the capture point method we use to assist the upper body stabilization, and the simulation work done to show the controller’s feasibility.

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