Optimierung der Trajektorie unter Berücksichtigung des Impulses mithilfe der vollständigen Zentroidal-Dynamik und impliziter inverser Kinematik

المفاهيم الأساسية

Das vorgeschlagene Verfahren zur Trajektorienoptimierung nutzt die vollständigen Zentroidal-Dynamiken des Roboters und optimiert direkt die Fußpositionen und Kontaktkräfte, um effiziente Bewegungspläne mit geringem Rechenaufwand zu erzeugen.

الملخص

Das vorgeschlagene Verfahren zur Trajektorienoptimierung verwendet ein Aufgabenraum-Formulation, die die Fußpositionen und Kontaktkräfte direkt optimiert. Dies führt zu einem intuitiven Planungsschema, das die Fußpositionen ohne die Verwendung von Strafbedingungen entdecken kann.
Das Verfahren nutzt eine kompakte Formulierung der vollständigen Zentroidal-Dynamik, bei der die zustandsabhängige Trägheit und die Position des Massenmittelpunkts implizit unter Verwendung der geschlossenen Form der inversen Kinematik berechnet werden. Um die Konvergenz zu verbessern, nutzt der Algorithmus eine neuartige vollständige Ableitung aller analytischen Ableitungen für die Roboterdynamik und Kostenfunktion, während die Tangentialraum-Hessische der Kosten analytisch ohne Vereinfachungen berechnet wird.
Die Experimente auf dem realen ANYmal C-Roboter zeigen, dass das Verfahren in der Lage ist, hochdynamische Manöver wie lineare und rotatorische Sprünge zu erzeugen, die die Grenzen der Leistungsfähigkeit des Roboters ausreizen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Dynamik des Roboters genutzt werden kann, um seine hardwarebedingten Einschränkungen wie hohe Masse und geringe Drehmomentgrenzen zu überwinden.

الإحصائيات

Die Trajektorienoptimierung benötigt nur minimale Referenzwerte, um vollständige Aufgabenraum-Trajektorien für den Kniesprung und den Rotationssprung zu erzeugen.

اقتباسات

"Das vorgeschlagene Verfahren repräsentiert einen signifikanten Fortschritt in der agilen Fortbewegung."
"Um die Konvergenz zu verbessern, nutzt der Algorithmus eine neuartige vollständige Ableitung aller analytischen Ableitungen für die Roboterdynamik und Kostenfunktion."

الرؤى الأساسية المستخلصة من

Momentum-Aware Trajectory Optimisation using Full-Centroidal Dynamics and Implicit Inverse Kinematics

by Aristotelis ... في arxiv.org 03-19-2024

https://arxiv.org/pdf/2310.06074.pdf

استفسارات أعمق

Wie könnte die Leistungsfähigkeit des Verfahrens durch den Einsatz eines fortschrittlicheren Ganzkörper-Regler-Modells weiter verbessert werden?

Die Leistungsfähigkeit des Verfahrens könnte durch den Einsatz eines fortschrittlicheren Ganzkörper-Regler-Modells weiter verbessert werden, indem man ein Modell verwendet, das die individuellen Trägheitsänderungen der Gliedmaßen berücksichtigt. Im Gegensatz zum Zentroidal-Dynamik-Modell, das die Trägheitsänderungen aller Gliedmaßen als einen einzigen zusammengesetzten Starrkörper betrachtet, könnte ein fortschrittlicherer Regler die spezifischen Trägheits- und Impulsänderungen jedes einzelnen Gliedes berücksichtigen. Dies würde eine präzisere Kontrolle des Drehimpulses ermöglichen und die Genauigkeit der Bewegungsplanung und -verfolgung verbessern. Darüber hinaus könnte ein fortschrittlicherer Regler die Fähigkeit haben, schnellere Anpassungen vorzunehmen und auf unvorhergesehene Ereignisse während der Bewegung zu reagieren, was zu einer insgesamt geschmeidigeren und effizienteren Bewegungsführung führen würde.

Welche Einschränkungen hat das Zentroidal-Dynamik-Modell im Vergleich zu vollständigen Starrkörper-Dynamik-Modellen bei der Verfolgung des Drehimpulses?

Das Zentroidal-Dynamik-Modell hat im Vergleich zu vollständigen Starrkörper-Dynamik-Modellen Einschränkungen bei der Verfolgung des Drehimpulses, insbesondere wenn es um die genaue Kontrolle der individuellen Trägheitsänderungen der Gliedmaßen geht. Da das Zentroidal-Dynamik-Modell den gesamten Roboter als einen einzigen zusammengesetzten Starrkörper betrachtet, vernachlässigt es die spezifischen Trägheits- und Impulsänderungen jedes Gliedes. Dies kann zu Ungenauigkeiten bei der Berechnung und Kontrolle des Drehimpulses führen, insbesondere in Situationen, in denen die relativen Beschleunigungen der Gliedmaßen signifikant sind. Im Gegensatz dazu können vollständige Starrkörper-Dynamikmodelle die individuellen Trägheits- und Impulsänderungen jedes Gliedes genau berücksichtigen, was zu einer präziseren Kontrolle des Drehimpulses führt. Daher kann das Zentroidal-Dynamik-Modell in Situationen, in denen präzise Orientierungskontrolle erforderlich ist, an seine Grenzen stoßen.

Wie könnte das Verfahren erweitert werden, um die Bewegungsplanung für Roboter mit mehr als vier Beinen zu unterstützen?

Um die Bewegungsplanung für Roboter mit mehr als vier Beinen zu unterstützen, könnte das Verfahren durch die Implementierung einer erweiterten Kinematik und Dynamik für zusätzliche Beine erweitert werden. Dies würde die Berücksichtigung von mehr Kontaktpunkten und Gliedmaßen erfordern, was zu einer komplexeren Modellierung des Systems führen würde. Darüber hinaus müssten die Bewegungsplanungsalgorithmen angepasst werden, um die zusätzlichen Freiheitsgrade und Kontaktpunkte zu berücksichtigen. Eine Möglichkeit zur Erweiterung des Verfahrens wäre die Implementierung von parallelen Berechnungen, um die Komplexität der Bewegungsplanung für Roboter mit mehr Beinen zu bewältigen. Darüber hinaus könnte die Integration von Sensordaten und Echtzeit-Rückkopplung dazu beitragen, die Bewegungsplanung und -verfolgung für Roboter mit komplexeren Kinematiken und Dynamiken zu verbessern.