Limbless robots have the potential to maneuver through cluttered environments that conventional robots cannot traverse. As illustrated in their biological counterparts such as snakes and nematodes, limbless locomotors can benefit from interactions with obstacles, yet such obstacle-aided locomotion (OAL) requires properly coordinated high-level self-deformation patterns (gait templates) as well as low-level body adaptation to environments. Most prior work on OAL utilized stereotyped traveling-wave gait templates and relied on local body deformations (e.g., passive body mechanics or decentralized controller parameter adaptation based on force feedback) for obstacle navigation, while gait template design for OAL remains less studied. In this paper, we explore novel gait templates for OAL based on tools derived from geometric mechanics (GM), which thus far has been limited to homogeneous environments. Here, we expand the scope of GM to obstacle-rich environments. Specifically, we establish a model that maps the presence of an obstacle to directional constraints in optimization. In doing so, we identify novel gait templates suitable for sparsely and densely distributed obstacle-rich environments respectively. Open-loop robophysical experiments verify the effectiveness of our identified OAL gaits in obstacle-rich environments. We posit that when such OAL gait templates are augmented with appropriate sensing and feedback controls, limbless locomotors will gain robust function in obstacle rich environments.


翻译:无肢机器人具备在传统机器人无法穿越的杂乱环境中灵活移动的潜力。如同蛇和线虫等生物原型所展示的,无肢运动体能够通过与障碍物的交互获得益处,然而这类障碍辅助运动需要高阶自变形模式(步态模板)与环境适应的低阶身体变形之间的协调配合。现有障碍辅助运动研究多采用刻板的行波步态模板,并通过局部身体变形(如被动体力学或基于力反馈的分散控制器参数自适应)实现避障,而面向障碍辅助运动的步态模板设计仍鲜有研究。本文基于几何力学工具探索适用于障碍辅助运动的新型步态模板——该工具此前仅应用于均匀环境。我们将几何力学的应用范围拓展至富含障碍物的环境:具体而言,建立了将障碍物存在映射为优化中方向约束的模型,由此识别出分别适用于稀疏和密集分布障碍环境的新颖步态模板。开环机器人物理实验验证了所识别的障碍辅助运动步态在富障碍环境中的有效性。我们提出,当此类障碍辅助运动步态模板配合适当的传感与反馈控制时,无肢运动体将在复杂障碍环境中获得稳健的运行能力。

0
下载
关闭预览

相关内容

专知会员服务
41+阅读 · 2020年9月6日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
69+阅读 · 2022年9月7日
Arxiv
12+阅读 · 2021年6月21日
Arxiv
11+阅读 · 2019年4月15日
VIP会员
最新内容
【CVPR2026教程】扩散模型的解析理解
专知会员服务
0+阅读 · 19分钟前
马赛克战:俄乌战场透析
专知会员服务
13+阅读 · 今天4:12
《利用人工智能增强军事决策》
专知会员服务
4+阅读 · 今天4:09
《自动机器学习在军事数据耕耘法中的应用》
专知会员服务
6+阅读 · 今天4:02
为何指挥所生存能力要求范式转变
专知会员服务
5+阅读 · 今天3:54
打造“新蛛网”模式与高科技动员
专知会员服务
4+阅读 · 今天3:33
“蛛网”行动一周年:远程无人机战争
专知会员服务
3+阅读 · 今天3:23
【剑桥博士论文】智能体-环境协同优化
专知会员服务
7+阅读 · 6月9日
为初级军官战术训练设计生成式人工智能平台
专知会员服务
9+阅读 · 6月9日
相关VIP内容
专知会员服务
41+阅读 · 2020年9月6日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
105+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
相关资讯
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6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
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
【推荐】GAN架构入门综述(资源汇总)
机器学习研究会
10+阅读 · 2017年9月3日
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员