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[pt] FRAMEWORK DE INTEGRAÇÃO DE OTIMIZAÇÃO DE TRAJETÓRIAS OFF-LINE E CONTROLE PREDITIVO ON-LINE PARA ROBÔS COM PERNAS / [en] INTEGRATION FRAMEWORK FOR OFFLINE TRAJECTORY OPTIMIZATION AND ONLINE MODEL PREDICTIVE CONTROL FOR LEGGED ROBOTSLEONARDO GARCIA MORAES 03 December 2024 (has links)
[pt] Na última década, os robôs móveis com pernas ganharam notoriedade
por sua capacidade de se movimentar com segurança em terrenos acidentados
e superar obstáculos, como declives e escadas, podendo ser utilizados em
mais aplicações em comparação com os robôs móveis com rodas. Novos
desenvolvimentos que melhorem a robustez do planejamento de trajetória e
o controle dinâmico de robôs com pernas são cruciais para o avanço desse
campo. O objetivo deste trabalho é desenvolver um framework baseado em
C++ e ROS Noetic que integre otimização de trajetória off-line para robôs com
pernas com Model Predictive Control (MPC) on-line, considerando o mapa
de elevação do terreno. A otimização de trajetória é baseada na biblioteca
de código aberto TOWR (Trajectory Optimization for Walking Robots), que
emprega uma função contínua para representar o mapa do terreno. Para tornála mais genérica, foi implementada uma interface que permite que mapas
de elevação 2,5D sejam usados como representação do terreno. Além disso,
as trajetórias geradas pelo TOWR são fornecidas como referências para um
controlador MPC baseado na biblioteca de código aberto OCS2. As trajetórias
otimizadas pelo MPC são então rastreadas por um Whole-Body Controller
(WBC), que calcula os torques de atuação das juntas do robô. A estrutura é
validada em simulações usando a dinâmica completa do robô, com diferentes
tipos de terreno e sob perturbação externa. / [en] In the last decade, legged mobile robots have gained notoriety for their
ability to move safely over rough terrain and overcome obstacles such as slopes
and stairs, opening up new applications compared to wheeled mobile robots.
New developments that improve the robustness of trajectory planning and
dynamic control of legged robots are crucial for the advancement of this field.
The aim of this work is to develop a framework based in C++ and ROS
Noetic that integrates offline trajectory optimization for legged robots with
online Model Predictive Control (MPC) while taking into account the elevation
map of the terrain. The trajectory optimization is based on the open-source
library TOWR (Trajectory Optimization for Walking Robots), which employs
a continuous function to represent the map of the terrain. To make it more
generic, an interface was implemented to allow 2.5D elevation maps to be used
as terrain representation. Furthermore, the trajectories generated by TOWR
are provided as references for a MPC implemented based on the open-source
library OCS2. The trajectories optimized by the MPC are then tracked by
a weighted Whole-Body Controller (WBC), which computes the actuation
torques for the robot s joints. The framework is validated in simulations using
the full dynamics of the robot, with different terrain types and under external
disturbance.
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