鳥の羽ばたきに着想を得た推力支援二足歩行ロボットのQP-MPC制御

本論文は、thruster-assisted bipedal robot「Harpy」上に quadratic program (QP) ベースの controller を実装し、thruster-assisted trotting を実現する研究である。chukar partridge などの鳥類で見られる wing-assisted locomotion（thrust vectoring により ground reaction force を操作する行動）に着想を得ている。提案 controller は thruster-assisted spring-loaded inverted pendulum (SLIP) dynamics を condensed QP-based model predictive control (QP-MPC) 問題として定式化し、ground contact force と active thrust vectoring を 500 Hz で同時に調整する。制御系は decoupled architecture を採用し、sagittal dynam…

要旨からは不明。先行研究との具体的な比較や優位性の定量的対比は要旨に記載されていない。

- thruster-assisted SLIP dynamics を condensed QP-based MPC 問題として定式化 - ground contact force と active thrust vectoring を 500 Hz で同時に調整 - decoupled control architecture を採用 - sagittal dynamics: QP-MPC で制御 - frontal dynamics: cascade orientation stabilization controller で制御 - leg trajectory controller が与える desired leg length と、Raibert's heuristic が与える desired swing trajectory を追従 - GRF friction cone constraint を課した QP を解く

- Harpy 上での hardware 実験を 2 条件（forward reference velocity 0 m/s と 0.1 m/s）で実施 - 瞬時速度は振動するものの、mean velocity が各 reference を追従できることを確認 - desired leg length（leg trajectory controller 由来）と desired swing trajectory（Raibert's heuristic 由来）の追従において joint tracking error が 1 deg 以内 - QP-MPC 問題が 0.18 ms で一貫して求解され、2 ms の computation budget 内かつ GRF friction cone constraint を満たすことを確認

- 瞬時速度の振動が生じる点が観察されており、mean velocity の追従性との関係が議論の対象となり得る - その他の限界や議論は要旨からは不明

要旨で参照/比較されている研究として、chukar partridge の wing-assisted locomotion に関する生物学的知見、thruster-assisted SLIP dynamics、Raibert's heuristic が挙げられる。関連手法としては QP-MPC、cascade orientation stabilization controller が挙げられる。