Multi-contact Walking Pattern Generation based on Model Preview Control of 3D COM Accelerations - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2016

Multi-contact Walking Pattern Generation based on Model Preview Control of 3D COM Accelerations

Génération de motifs de marche multi-contact par contrôle prédictif de l'accélération 3D du centre de gravité

3D重心加速のモデル予測制御を用いる多点接触歩容生成

Résumé

We present a multi-contact walking pattern generator based on preview-control of the 3D acceleration of the center of mass (COM). A key point in the design of our algorithm is the calculation of contact-stability constraints. Thanks to a mathematical observation on the algebraic nature of the frictional wrench cone, we show that the 3D volume of feasible COM accelerations is a always a downward-pointing cone. We reduce its computation to a convex hull of (dual) 2D points, for which optimal O(n log n) algorithms are readily available. This reformulation brings a significant speedup compared to previous methods, which allows us to compute time-varying contact-stability criteria fast enough for the control loop. Next, we propose a conservative trajectory-wide contact-stability criterion, which can be derived from COM-acceleration volumes at marginal cost and directly applied in a model-predictive controller. We finally implement this pipeline and exemplify it with the HRP-4 humanoid model in multi-contact dynamically walking scenarios.
Nous présentons un générateur de motifs de marche multi-contact basé sur le contrôle prédictif de l'accélération 3D du centre de gravité (CdG). Un des points clefs de notre algorithme réside dans le calcul des conditions de stabilité contingère. Grâce à une observation sur la structure algébrique des cônes torsoriels, nous montrons que le volume des accélérations du CdG est toujours un cône orienté dans le sens de la gravité. Nous réduisons le calcul de ce cône à une enveloppe convexe sur un ensemble (dual) de points 2D, problème pour lequel des algorithmes optimaux en O(n log n) sont connus. Cette reformulation accélère significativement le calcul des zones de stabilité par rapport aux méthodes existantes et nous permet de recalculer des volumes de stabilité dynamiques à la fréquence d'horloge de la boucle de contrôle. Nous proposons ensuite un critère conservatif de stabilité contingère s'appliquant à des trajectoires entières, déduit des cônes précédents par intersection, et directement applicable au contrôle prédictif. Nous implémentons l'ensemble du processus de génération de mouvement et démontrons sa faisabilité avec un modèle du robot HRP-4 marchant dynamiquement dans des scénarios multi-contact.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-01349880 , version 1 (29-07-2016)
hal-01349880 , version 2 (01-08-2016)
hal-01349880 , version 3 (09-08-2016)
hal-01349880 , version 4 (03-09-2016)
hal-01349880 , version 5 (20-10-2016)

Identifiants

Citer

Stéphane Caron, Abderrahmane Kheddar. Multi-contact Walking Pattern Generation based on Model Preview Control of 3D COM Accelerations. 2016. ⟨hal-01349880v3⟩
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