In this paper, we examine the problem of push recovery for bipedal robot locomotion and present a reactive decision-making and robust planning framework for locomotion resilient to external perturbations. Rejecting perturbations is an essential capability of bipedal robots and has been widely studied in the locomotion literature. However, adversarial disturbances and aggressive turning can lead to negative lateral step width (i.e., crossed-leg scenarios) with unstable motions and self-collision risks. These motion planning problems are computationally difficult and have not been explored under a hierarchically integrated task and motion planning method. We explore a planning and decision-making framework that closely ties linear-temporal-logic-based reactive synthesis with trajectory optimization incorporating the robot's full-body dynamics, kinematics, and leg collision avoidance constraints. Between the high-level discrete symbolic decision-making and the low-level continuous motion planning, behavior trees serve as a reactive interface to handle perturbations occurring at any time of the locomotion process. Our experimental results show the efficacy of our method in generating resilient recovery behaviors in response to diverse perturbations from any direction with bounded magnitudes.


翻译:在本文中,我们研究双肢机器人运动的加速恢复问题,为适应外部扰动的移动提供一个反应式的决策和强有力的规划框架。拒绝扰动是双肢机器人的基本能力,并在移动式文献中进行了广泛研究。然而,对抗性干扰和主动性转变可能导致横向步骤的负宽度(即跨腿情景),具有不稳定的动作和自我循环风险。这些运动规划问题在计算上是困难的,没有在分等级的综合任务和运动规划方法下加以探讨。我们探索了一种规划和决策框架,将线性-时空基反应性合成与轨迹优化紧密联系起来,将机器人的全体动态、运动学和避免腿碰撞的制约因素结合起来。在高层的离心型决策与低层次的连续运动规划之间,行为树起到反应性界面的作用,处理在移动过程的任何时候发生的扰动。我们的实验结果显示,我们的方法在产生弹性恢复行为方面的效力,与从任何方向的分层变化中产生有弹性的分层反应。

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