基于非连续地形感知的四足机器人快速环境识别与运动规划研究

The quadruped robot has excellent adaptability to complex terrains and is highly practical in disaster sites, security patrols, and field duty. As the robust motion control technology of quadruped robots tends to be mature, how to improve the mobile adaptability in complex environment has become a research hot spot. This project aims to carry out research on fast environmental recognition and motion planning under the discontinuous terrains, which is still an unsolved problem in the current quadruped robot community. This research aims to further improve the adaptability of the quadruped robots to the complex environment, and to promote the real world deployment of the quadruped robots. This research mainly includes: robust pose estimation, foot placement selection and static and dynamic gait smooth transition of quadruped robots in discontinuous terrains. Based on the research background of the applicant in the legged robot community, the feasibility of the research proposal is discussed.

四足机器人对复杂地形具有非常好的适应性，在救灾现场、安防巡逻、野外执勤等场合具有极强的实用性。随着四足机器人稳定运动控制技术趋于成熟，如何提高其复杂环境下的移动适应能力成为当前新的研究热点。本项目拟针对当前四足机器人领域尚待解决的非连续地形下快速环境识别与运动规划的问题开展研究，旨在进一步提高四足机器人对复杂环境的适应能力，为推动四足机器人走向实用化而开展前沿性的探索性。本申请研究内容主要包括：非连续地形下的四足机器人鲁棒位姿估计、落足点选择，以及静、动步态平滑切换问题。结合申请人在腿式机器人领域的研究基础，探讨论证了研究方案的可行性。

四足机器人对复杂地形具有非常好的适应性，在救灾现场、安防巡逻、野外执勤等场合具有极强的实用性。本课题拟针对当前四足机器人领域尚待解决的非连续地形下快速环境识别与运动规划的问题开展研究，旨在进一步提高四足机器人对复杂环境的适应能力，为推动四足机器人走向实用化而开展前沿性的探索性。本课题原计划研究内容主要包括：非连续地形下的四足机器人鲁棒位姿估计、落足点选择，以及静、动步态平滑切换问题。结合申请人在腿式机器人领域的研究基础，探讨论证了研究方案的可行性。.在课题实际开展中，根据所在实验室及学校平台已有大型设备仪器情况，以及所在实验室及学校平台开展的内部项目以及对外项目合作情况，对四足机器人当前研究方向进行了调整。首先，为了研究四足机器人对复杂地形的自主感知能力，先对四足机器人在本体感受器的反馈下可以对复杂地形的适应能力进行了研究，由于小型四足机器人挂载能力有限，因此对于具备一定环境感知算力的硬件支持性也较差，为此我们设计了再无地形感知反馈条件下的自主定位与运动控制研究。其实，借助实验已有大型跑台和动捕等实验设备条件，进一步分析了基于视觉里程计的腿式移动步态参数估计问题，当时实验室并没有一款具备足够负载能力的四足机器人，无法配备相应的环境感知设备、传感器等，因此首先结合腿式移动步态的机理做了些借助视觉里程计辅助步态参数估计的研究。接下来，在跟麻省理工的合作项目中，针对当前前沿的外肢体问题，本课题进一步探索了质心和足底压力中心的在腿式平衡问题中的场景应用，主要研究了一种过顶支撑外肢体在站立平衡中利用质心状态估计和足底压力中心作为重要反馈信息的平衡控制策略。最后，在课题实际开展中，由于发现现有四足机器人为了提高环境感知能力，需要足够的负载能力，而现有四足机器人负载能力均十分有限，因此本课题探索了另一个更为重要的问题，大负载四足机器人设计与未知负载辨识问题。