Managing Uncertainties in Legged Robots

Abstract

Les robots bipede et quadrupede commencent a maitriser la capacite de marcher de maniere dynamique dans la plupart des situations standard. Ceci suggere que l'utilisation commerciale plus repandue de tels robots sera bientot possible. Toutefois, cela necessite que des garanties soient fournies concernant sa securite et ses performances operationnelles. Dans les prototypes de recherche, le risque d'echec est generalement limite par l'utilisation de capteurs, d'actionneurs et d'ordinateurs tres rapides et precis (et donc tres couteux), ce qui aboutit a des robots nettement trop couteux pour un usage commercial.La dynamique du centre de masse de ces robots aux pieds de support est instable et, par consequent, tres sensible a toutes les sources d'incertitude. Mais la rapidite et la precision, et donc le cout, des capteurs, des actionneurs et des ordinateurs n’ont jamais ete etudies dans la litterature scientifique existante. Il semble y avoir un manque de quantification precise de l'effet des incertitudes et de la periode d'echantillonnage dans le controle de l'equilibre des jambes, et l'objectif de ce document est d'initier cette discussion.L'equilibre des robots avec les jambes implique principalement le mouvement de leur CoM par rapport a leurs pieds sur le sol. Par consequent, nous concentrons notre analyse sur le mouvement du centre de gravite, en considerant que d'autres aspects du mouvement du robot, tels que le mouvement precis de l'articulation du corps entier et le controle de la force de contact, sont traites separement, comme d'habitude dans ce domaine. robotique.Nous avons introduit un modele de controle predictif (MPC) base sur des tubes de marche afin de garantir que toutes les restrictions cinematiques et dynamiques sont toujours respectees, meme en presence d'incertitudes. Nous pensons que les incertitudes peuvent prendre n'importe quelle valeur entre certaines limites, generant une erreur de suivi qui peut etre limitee en consequence. Nous proposons ici d’analyser le lien entre ces limites: quelle erreur de suivi pouvons-nous esperer pour une certaine incertitude? Naturellement, cela depend non seulement du type d'incertitude (par exemple, des capteurs ou des actionneurs), mais egalement de la loi de commande et de sa periode d'echantillonnage.Nos resultats sont valides par des experiences et des simulations avec le robot humanoide Toro a controle de couple developpe en DLR. Cependant, les derivations et les resultats mathematiques proposes s’appliquent de maniere interchangeable aux robots bipedes et quadruples.