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.


翻译:在崎岖的地形上动态移动的问题既要求准确的足部安置,又强调动态的稳定; 解决这一问题的现有办法优先考虑在长期动态稳定考虑中立即安全足部安置,或将足部安置和动态稳定性的协调降格为惯性方法; 我们提议一个多层移动框架,将控制障碍功能(CBFs)与模型预测控制(MPC)统一起来,以同时实现安全足部安置和动态稳定性; 我们的方法包括基于CBF的安全限制,包括低频动力动脉动MPC的配制和高频反动态跟踪控制器。 这样做确保了在优化更长远的移动状态时考虑安全临界执行。 我们验证了在模拟和实验的Anymal四重平台上的3D阶柱情景中的拟议方法。

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