This study proposes a hierarchically integrated framework for safe task and motion planning (TAMP) of bipedal locomotion in a partially observable environment with dynamic obstacles and uneven terrain. The high-level task planner employs linear temporal logic (LTL) for a reactive game synthesis between the robot and its environment and provides a formal guarantee on navigation safety and task completion. To address environmental partial observability, a belief abstraction is employed at the high-level navigation planner to estimate the dynamic obstacles' location when they are out of the robot's local field of view. Accordingly, a synthesized action planner sends a set of locomotion actions including walking step, step height, and heading angle change, to the middle-level motion planner, while incorporating safe locomotion specifications extracted from safety theorems based on a reduced-order model (ROM) of the locomotion process. The motion planner employs the ROM to design safety criteria and a sampling algorithm to generate non-periodic motion plans that accurately track high-level actions. To address external perturbations, this study also investigates safe sequential composition of the keyframe locomotion state and achieves robust transitions against external perturbations through reachability analysis. A set of ROM-based hyperparameters are finally interpolated to design whole-body locomotion gaits generated by trajectory optimization and validate the viable deployment of the ROM-based TAMP to the full-body trajectory generation for a 20-degrees-of-freedom Cassie bipedal robot designed by Agility Robotics. The proposed framework is validated by a set of scenarios in uneven, partially observable environments with dynamical obstacles.


翻译:此项研究提议了一个安全任务和运动规划的等级一体化框架(TAMP),用于在一个部分可观测的环境中,在动态障碍和地形分布不均的情况下,对双层移动进行安全任务和运动规划。高级任务规划员使用线性时间逻辑(LTL),在机器人及其环境之间进行反应式游戏合成,为导航安全和任务完成提供正式保障。为解决环境部分可视性,高级导航规划员采用信仰抽象,以便在机器人的当地视野之外,评估动态障碍的位置。因此,一个综合行动计划员向中层运动规划员发送一套移动行动,包括步步步、步高度和方向变化。高级任务规划员采用线性时间逻辑逻辑逻辑,同时根据移动过程的减序模型(ROM)从安全理论中抽取的安全的移动规则。 运动规划员使用ROM来设计安全标准和取样算法,以准确跟踪高层行动。为了应对外部的触动框架,本研究还调查T级运动的连续结构结构结构、高度高度高度高度高度和角度变化情况,最终通过整个结构结构进行稳健的升级分析。

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