Quadrupeds are strong candidates for navigating challenging environments because of their agile and dynamic designs. This paper presents a methodology that extends the range of exploration for quadrupedal robots by creating an end-to-end navigation framework that exploits walking and jumping modes. To obtain a dynamic jumping maneuver while avoiding obstacles, dynamically-feasible trajectories are optimized offline through collocation-based optimization where safety constraints are imposed. Such optimization schematic allows the robot to jump through window-shaped obstacles by considering both obstacles in the air and on the ground. The resulted jumping mode is utilized in an autonomous navigation pipeline that leverages a search-based global planner and a local planner to enable the robot to reach the goal location by walking. A state machine together with a decision making strategy allows the system to switch behaviors between walking around obstacles or jumping through them. The proposed framework is experimentally deployed and validated on a quadrupedal robot, a Mini Cheetah, to enable the robot to autonomously navigate through an environment while avoiding obstacles and jumping over a maximum height of 13 cm to pass through a window-shaped opening in order to reach its goal.


翻译:四条路是凭借其灵活和动态的设计,在具有挑战性的环境中航行的强大候选环境。 本文展示了一种扩大四重机器人探索范围的方法, 其方法是建立一个利用行走和跳跃模式的端到端导航框架, 从而扩大四重机器人的探索范围。 要获得动态跳跃动作, 同时避免障碍, 动态可行的轨迹会通过以合用地为基础的优化优化, 从而在安全限制下, 实现最佳的离线优化。 这种优化示意图让机器人能够跳过窗口形障碍, 同时考虑到空气和地面的障碍。 结果的跳跃模式被用于一个自主的导航管道, 它将利用一个基于搜索的全球规划器和一个本地规划器, 使机器人能够通过行走到达目标位置。 州机加上一个决策战略, 使系统能够在障碍周围行走或跳跃过障碍之间转换行为。 拟议的框架是实验性的, 在一个四重的机器人Mini Cheetah上进行部署和验证, 使机器人能够在一个环境上自主导航, 同时避免障碍, 跳过最高高度13厘米处, 通过一个窗口形的开放, 以达到目标。

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