Navigating a large-scaled robot in unknown and cluttered height-constrained environments is challenging. Not only is a fast and reliable planning algorithm required to go around obstacles, the robot should also be able to change its intrinsic dimension by crouching in order to travel underneath height constrained regions. There are few mobile robots that are capable of handling such a challenge, and bipedal robots provide a solution. However, as bipedal robots have nonlinear and hybrid dynamics, trajectory planning while ensuring dynamic feasibility and safety on these robots is challenging. This paper presents an end-to-end vision-aided autonomous navigation framework which leverages three layers of planners and a variable walking height controller to enable bipedal robots to safely explore height-constrained environments. A vertically actuated Spring-Loaded Inverted Pendulum (vSLIP) model is introduced to capture the robot coupled dynamics of planar walking and vertical walking height. This reduced-order model is utilized to optimize for long-term and short-term safe trajectory plans. A variable walking height controller is leveraged to enable the bipedal robot to maintain stable periodic walking gaits while following the planned trajectory. The entire framework is tested and experimentally validated using a bipedal robot Cassie. This demonstrates reliable autonomy to drive the robot to safely avoid obstacles while walking to the goal location in various kinds of height-constrained cluttered environments.


翻译:在未知和杂乱无章的高度限制环境中导航大型机器人是一项艰巨的任务。 不仅需要快速可靠的规划算法来绕过障碍, 机器人还应该能够通过弯曲来改变其内在层面, 从而在高度限制区域下旅行。 很少有移动机器人能够应对这一挑战, 双向机器人提供了解决方案。 但是, 由于双向机器人具有非线性和混合动态, 轨迹规划同时确保这些机器人的动态可行性和安全是具有挑战性的。 本文展示了一个端到端的愿景辅助自动导航框架, 利用三层规划者和一个可变步行高度控制器来让双向机器人安全探索高度限制的环境。 引入了一个垂直启动的跳跃式机器人来应对这一挑战, 而双向双向双向双向的双向移动机器人模型可以捕捉到计划行走和垂直行走高度的机器人交错动态。 这个减序模型用来优化长期和短期安全轨迹计划。 一个可变高度的行走高度控制器可以让双向机器人在双向的轨道上行走, 同时用一个稳定的行走的轨道定位框架, 将一个稳定的轨道测试到一个稳定的轨道。

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机器人(英语:Robot)包括一切模拟人类行为或思想与模拟其他生物的机械(如机器狗,机器猫等)。狭义上对机器人的定义还有很多分类法及争议,有些电脑程序甚至也被称为机器人。在当代工业中,机器人指能自动运行任务的人造机器设备,用以取代或协助人类工作,一般会是机电设备,由计算机程序或是电子电路控制。

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