人形机器人之间的协同合作运输方案[罗马大学-Giuseppe Oriolo]
人形机器人之间的协同合作运输方案[罗马大学-Giuseppe Oriolo]
文章目录
- 前言
- 引言
- 控制架构
- 动力学模型
- 手顺从控制器
- 脚步规划器
- 模型预测控制器
- 结果
- 结论
- 资源下载
原文
《A decentralized cooperative transportation scheme for humanoid robots》
Greta Gasbarrone, Nicola Scianca, Leonardo Lanari, and Giuseppe Oriolo
前言
这篇文章主要探讨了一种新的去中心化合作运输方案，特别针对人形机器人之间的合作。研究团队提出了一种基于模型预测控制（MPC）的方法，旨在实现两个机器人（一个领导者和一个跟随者）之间的高效合作运输。
引言
- 促进机器人在体力劳动领域的引入可以减少人类的繁重工作量
- 人形机器人之间的合作方法可以使用集中式或去中心化控制器
- 去中心化方法适用于人机或机器人-机器人场景
- 领导者了解任务，可以是人类或机器人；跟随者没有任务知识，根据感知到的交互力决定如何移动
- 本文提出了一种基于MPC的去中心化方案，用于两个代理之间的合作运输
控制架构
- 目标是使两个代理在去中心化方法下合作搬运物体
- 领导者根据任务规划脚步序列，跟随者根据手部位移生成脚步
- 感知到的交互力通过阻抗控制器调节手部位置
- 阻抗控制器与脚步规划器结合，使跟随者能够对领导者的运动作出反应
- 领导者和跟随者都使用基于脚步规划的MPC控制器进行步态生成
动力学模型
- 推导出一个类人机器人用双手搬运物体的质心模型
- 动力学模型考虑了重力和外部力的影响
- 线性模型在控制设计中具有时间不变性
手顺从控制器
- 手顺从控制器根据感知到的手部交互力调节每只手相对于机器人本体的位置
- 每只手被分配一个参考抓取位置，以产生舒适的臂部姿势和足够的操作水平
- 手顺从控制器模拟由外部力加载的虚拟质量-弹簧-阻尼系统
脚步规划器
- 领导者的脚步计划是为了实现给定的运输任务
- 跟随者的脚步规划生成本质上是反应性的，旨在保持对物体的抓握
- 步态规划在实时和增量式进行，通过解决约束优化问题生成接下来的脚步
- 避障约束确保计划的脚步不会导致机器人与环境中的物体发生碰撞
模型预测控制器
- 使用IS-MPC算法生成沿计划脚步的稳定步态
- IS-MPC不会修改由规划器给出的脚步位置
- 动态平衡的一个充分条件是零力矩点（ZMP）始终位于支撑多边形内
- 通过施加鲁棒稳定性约束确保闭环稳定性
结果
- 在DART中进行的动力学仿真展示了两个HRP-4人形机器人携带桌子和带把手物体的动态仿真结果
- 仿真结果显示跟随者能够适应领导者的运动，包括速度变化、方向变化和避障
- 跟随者在复杂路径和高障碍物场景中表现良好
结论
- 提出了一种用于人形机器人合作运输的去中心化框架
- 领导者根据任务自主决定运动，跟随者通过感知交互力推断领导者的意图
- 框架包括一个能够避免碰撞的脚步规划器
- 未来工作包括使用垂直力测量值、允许领导者重新规划步伐以及在物理平台上进行实验
资源下载
人形机器人之间的协同合作运输方案[罗马大学-GiuseppeOriolo] 原文+翻译-CSDN文库