Many applications require robots to move through complex 3-D terrain with large obstacles, such as self-driving, search and rescue, and extraterrestrial exploration. Although robots are already excellent at avoiding sparse obstacles, they still struggle in traversing cluttered large obstacles. To make progress, we need to better understand how to use and control the physical interaction with obstacles to traverse them. Forest floor-dwelling cockroaches can use physical interaction to transition between different locomotor modes to traverse flexible, grass-like beams of a large range of stiffness. Inspired by this, here we studied whether and how environmental force sensing helps robots make active adjustments to traverse cluttered large obstacles. We developed a physics model and a simulation of a minimalistic robot capable of sensing environmental forces during traversal of beam obstacles. Then, we developed a force-feedback control strategy, which estimated beam stiffness from the sensed contact force using the physics model. Then in simulation we used the estimated stiffness to control the robot to either stay in or transition to the more favorable locomotor modes to traverse. When beams were stiff, force sensing induced the robot to transition from a more costly pitch mode to a less costly roll mode, which helped the robot traverse with a higher success rate and less energy consumed. By contrast, if the robot simply pushed forward or always avoided obstacles, it would consume more energy, become stuck in front of beams, or even flip over. When the beams were flimsy, force sensing guided the robot to simply push across the beams. In addition, we demonstrated the robustness of beam stiffness estimation against body oscillations, randomness in oscillation, and uncertainty in position sensing. We also found that a shorter sensorimotor delay reduced energy cost of traversal.


翻译:许多应用都要求机器人在复杂的三维地形中以巨大的障碍移动,如自我驾驶、搜索和救援以及外星探索等。虽然机器人在避免零散障碍方面已经非常出色,但它们仍在挣扎着巨大的障碍。为了取得进展,我们需要更好地了解如何使用和控制物理互动和障碍以绕过它们。森林地底生长的蟑螂可以使用物理互动,将不同的运动运动模式转换为灵活、近似草地的横梁。根据这一点,我们研究了环境力量感测是否以及如何帮助机器人进行积极的调整以克服零散障碍。我们开发了一个物理模型和模拟一个能感知环境力量的最小机器人模型,以克服障碍。然后,我们开发了一种强力的反向后背控制战略,在使用物理模型时,我们使用更短的触感触动力将变得简单易变,在模拟时,我们用估计的硬性直流力将控制机器人留在或转换到更有利的前方位置,在更有利的前方温度模式中, 快速的机能变变变更慢的机变速度模式将显示一种更慢的机变速度。</s>

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