This study introduces a robust planning framework that utilizes a model predictive control (MPC) approach, enhanced by incorporating signal temporal logic (STL) specifications. This marks the first-ever study to apply STL-guided trajectory optimization for bipedal locomotion, specifically designed to handle both translational and orientational perturbations. Existing recovery strategies often struggle with reasoning complex task logic and evaluating locomotion robustness systematically, making them susceptible to failures caused by inappropriate recovery strategies or lack of robustness. To address these issues, we design an analytical robustness metric for bipedal locomotion and quantify this metric using STL specifications, which guide the generation of recovery trajectories to achieve maximum locomotion robustness. To enable safe and computational-efficient crossed-leg maneuver, we design data-driven self-leg-collision constraints that are $1000$ times faster than the traditional inverse-kinematics-based approach. Our framework outperforms a state-of-the-art locomotion controller, a standard MPC without STL, and a linear-temporal-logic-based planner in a high-fidelity dynamic simulation, especially in scenarios involving crossed-leg maneuvers. Additionally, the Cassie bipedal robot achieves robust performance under horizontal and orientational perturbations such as those observed in ship motions. These environments are validated in simulations and deployed on hardware. Furthermore, our proposed method demonstrates versatility on stepping stones and terrain-agnostic features on inclined terrains.


翻译:本研究提出一种鲁棒规划框架,利用模型预测控制方法并融入信号时序逻辑规范。这是首次将信号时序逻辑引导的轨迹优化应用于双足运动,特别针对平移和旋转扰动进行设计。现有恢复策略常难以推理复杂任务逻辑并系统评估运动鲁棒性,导致因恢复策略不当或鲁棒性不足而失效。为解决这些问题,我们为双足运动设计了分析性鲁棒性度量,并通过信号时序逻辑规范量化该度量,从而引导恢复轨迹生成以实现最大运动鲁棒性。为实现安全且计算高效的交叉步态操作,我们设计了数据驱动的自腿碰撞约束,其速度比传统基于逆运动学的方法快1000倍。在高保真动态仿真中,本框架优于最先进的运动控制器、不含信号时序逻辑的标准模型预测控制以及基于线性时序逻辑的规划器,尤其在涉及交叉步态的场景中表现突出。此外,Cassie双足机器人在水平和旋转扰动(如船舶运动中的观测现象)下实现了鲁棒性能。这些环境在仿真中验证并部署于硬件。进一步地,所提方法在踏脚石场景中展现了通用性,并在倾斜地形上具备与地形无关的特性。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
学习数据的几何:形状空间分析数学综述
专知会员服务
6+阅读 · 6月17日
定向能反无人机系统最新发展动态
专知会员服务
7+阅读 · 6月17日
从燃煤战舰到算法战争:水面指挥的永恒要求
专知会员服务
4+阅读 · 6月17日
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
Single-Shot Object Detection with Enriched Semantics
统计学习与视觉计算组
14+阅读 · 2018年8月29日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员