In order to perform highly dynamic and agile maneuvers, legged robots typically spend time in underactuated domains (e.g. with feet off the ground) where the system has limited command of its acceleration and a constrained amount of time before transitioning to a new domain (e.g. foot touchdown). Meanwhile, these transitions can have instantaneous, unbounded effects on perturbations. These properties make it difficult for local feedback controllers to effectively recover from disturbances as the system evolves through underactuated domains and hybrid impact events. To address this, we utilize the fundamental solution matrix that characterizes the evolution of perturbations through a hybrid trajectory and its 2-norm, which represents the worst-case growth of perturbations. In this paper, the worst-case perturbation analysis is used to explicitly reason about the tracking performance of a hybrid trajectory and is incorporated in an iLQR framework to optimize a trajectory while taking into account the closed-loop convergence of the trajectory under an LQR tracking controller. The generated convergent trajectories are able to recover more effectively from perturbations, are more robust to large disturbances, and use less feedback control effort than trajectories generated with traditional optimization methods.


翻译:为了执行高度动态和敏捷的机动,腿式机器人通常花费时间处于未充分驱动域(例如,脚离地)中,在这里,系统具有有限的加速度命令和受到瞬时、无界扰动的限制时间。同时,这些过渡可能对扰动产生瞬间的、无限制的影响。这些特性使得局部反馈控制器难以有效地从扰动中恢复,因为系统通过未充分驱动域和混合撞击事件进化。为了解决这个问题,我们利用描述扰动通过混合轨迹演变的基本解矩阵及其2-范数,其代表着扰动的最坏增长。在本文中,最坏情况扰动分析用于明确地推断混合轨迹的跟踪性能,并在iLQR框架中将其纳入轨迹优化过程中,考虑到轨迹在LQR跟踪控制器下的闭环收敛性。生成的收敛轨迹能够更有效地从扰动中恢复,对大扰动更具鲁棒性,并使用比传统优化方法更少的反馈控制力度。

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