四足ロボットによるボール打ち上げのためのリアルタイム軌道最適化と制御
Real-time Trajectory Optimization and Control for Ball Bumping with Quadruped Robots
四足ロボットが飛んでくるボールを打ち上げる動作を実現するため、離陸タイミングと状態を同時に最適化する軌道計画と、時間-状態制約を考慮したモデル予測制御を開発し、実機でリアルタイムに成功させた。
著者: Qiayuan Liao, Zhefeng Cao, Hua Chen, Wei Zhang
分類: cs.RO
原文アブストラクト
This paper studies real-time motion planning and control for ball bumping motion with quadruped robots. To enable the quadruped to bump the flying ball with different initializations, we develop a nonlinear trajectory optimization-based planning scheme that jointly identifies the take-off time and state to achieve accurate ball hitting during the flight phase. Such a planning scheme employs a two-dimensional single rigid body model that achieves a satisfactory balance between accuracy and efficiency for the highly time-sensitive task. To precisely execute the planned motion, the tracking controller needs to incorporate the strict time-state constraint imposed on the take-off and ball-hitting events. To this end, we develop an improved model predictive controller that respects the critical time-state constraints. The proposed planning and control framework is validated with a real Aliengo robot. Experiments show that the problem planning approach can be computed in approximately 60ms on average, enabling successful accomplishment of the ball bumping motion with various initializations in real time.
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