Tensegrity robots, composed of rigid struts and elastic tendons, provide impact resistance, low mass, and adaptability to unstructured terrain. Their compliance and complex, coupled dynamics, however, present modeling and control challenges, hindering path planning and obstacle avoidance. This paper presents a complete, open-source, and reproducible system that enables navigation for a 3-bar tensegrity robot. The system comprises: (i) an inexpensive, open-source hardware design, and (ii) an integrated, open-source software stack for physics-based modeling, system identification, state estimation, path planning, and control. All hardware and software are publicly available at https://sites.google.com/view/tensegrity-navigation/. The proposed system tracks the robot's pose and executes collision-free paths to a specified goal among known obstacle locations. System robustness is demonstrated through experiments involving unmodeled environmental challenges, including a vertical drop, an incline, and granular media, culminating in an outdoor field demonstration. To validate reproducibility, experiments were conducted using robot instances at two different laboratories. This work provides the robotics community with a complete navigation system for a compliant, impact-resistant, and shape-morphing robot. This system is intended to serve as a springboard for advancing the navigation capabilities of other unconventional robotic platforms.


翻译:张拉整体机器人由刚性杆件和弹性肌腱构成,具备抗冲击、低质量及适应非结构化地形的能力。然而,其柔顺性与复杂耦合动力学特性带来了建模与控制方面的挑战,阻碍了路径规划与避障的实现。本文提出了一套完整、开源且可复现的系统,实现了三杆张拉整体机器人的导航功能。该系统包含:(i) 一套低成本、开源硬件设计,以及 (ii) 一个集成的开源软件栈,涵盖基于物理的建模、系统辨识、状态估计、路径规划与控制。所有硬件与软件均公开于 https://sites.google.com/view/tensegrity-navigation/。所提出的系统能够追踪机器人位姿,并在已知障碍物位置的环境中执行无碰撞路径至指定目标。通过包含未建模环境挑战的实验(包括垂直跌落、斜坡及颗粒介质),最终在户外场地演示中验证了系统的鲁棒性。为验证可复现性,实验在两个不同实验室的机器人实例上进行。本工作为机器人学界提供了一套适用于柔顺、抗冲击、形态可变机器人的完整导航系统,旨在为推动其他非传统机器人平台的导航能力提供基础。

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