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歩行arXiv:2011.00032

制御バリア関数とモデル予測制御による脚式ロボットの多層安全設計

Multi-Layered Safety for Legged Robots via Control Barrier Functions and Model Predictive Control

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制御バリア関数(CBF)とモデル予測制御(MPC)を統合し、足置きの安全性と動的安定性を同時に実現する多層的な脚式ロボットの移動フレームワークを提案し、シミュレーションとANYmal四脚ロボットで検証した。

著者: Ruben Grandia, Andrew J. Taylor, Aaron D. Ames, Marco Hutter

分類: cs.RO

原文アブストラクト

The problem of dynamic locomotion over rough terrain requires both accurate foot placement together with an emphasis on dynamic stability. Existing approaches to this problem prioritize immediate safe foot placement over longer term dynamic stability considerations, or relegate the coordination of foot placement and dynamic stability to heuristic methods. We propose a multi-layered locomotion framework that unifies Control Barrier Functions (CBFs) with Model Predictive Control (MPC) to simultaneously achieve safe foot placement and dynamic stability. Our approach incorporates CBF based safety constraints both in a low frequency kino-dynamic MPC formulation and a high frequency inverse dynamics tracking controller. This ensures that safety-critical execution is considered when optimizing locomotion over a longer horizon. We validate the proposed method in a 3D stepping-stone scenario in simulation and experimentally on the ANYmal quadruped platform.

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