CMUチーム、バランスビームを歩ける4本足のロボットシステムを設計(CMU Team Designs Four-Legged Robotic System That Can Walk a Balance Beam)

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宇宙船をモチーフにした四足歩行の敏捷性とバランスを向上させるシステム Spacecraft-Inspired System Enhances Quadruped Agility and Balance

2023-04-11 カーネギーメロン大学

カーネギーメロン大学の研究者たちは、宇宙船で使用されるハードウェアを利用して、四足ロボットのバランス能力を改善し、狭いバランスビームを歩行できるようにした。この研究は、四足ロボットがバランスビームを歩くことに成功した初めての例である。
研究者たちは、反作用ホイールアクチュエータ(RWA)システムを使用し、四足ロボットの角運動量を制御することで、バランスを維持することができるとした。この技術は、将来的には検索・救助などの高リスクなシナリオに活用できるようになる可能性がある。

<関連情報>

リアクションホイールを用いた脚式ロボットのバランス機能強化 Enhanced Balance for Legged Robots Using Reaction Wheel

Chi-Yen Lee, Shuo Yang, Benjamin Bokser and Zachary Manchester

Abstract

We introduce a reaction wheel system that enhances the balancing capabilities and stability of quadrupedal robots during challenging locomotion tasks. Inspired by both the standard centroidal dynamics model common in legged robotics and models of spacecraft commonly used in the aerospace community, we model the coupled quadrupedreaction-wheel system as a gyrostat, and simplify the dynamics to formulate the problem as a linear discrete-time trajectory optimization problem. Modifications are made to a standard centroidal model-predictive control (MPC) algorithm to solve for both stance foot ground reaction forces and reaction wheel torques simultaneously. The MPC problem is posed as a quadratic program and solved online at 1000 Hz. We demonstrate improved attitude stabilization both in simulation and on hardware compared to a quadruped without reaction wheels, and perform a challenging traversal of a narrow balance beam that would be impossible for a standard quadruped. A video of our experiments is available online1 .

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