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    麻省理工学院。电子工程与计算机科学系
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    • 我们研究的目标是建造利用其自然动态来实现非凡敏捷性和效率的机器。我们认为，这一挑战涉及机械设计和欠驱动非线性控制之间的紧密耦合，当经典控制技术失败时，可以使用来自机器学习和最优控制的工具来产生这种耦合。我们的项目包括在中等地形上的最小驱动动态行走，在极端地形上的四足运动，固定翼杂技，扑翼飞行，以及流体动力学的反馈控制。
    产品组合

    • 运动集团报纸与多媒体新闻

        • 基于优化的{A}tlas人形机器人运动规划、估计与控制设计

        • 由Scott Kuindersma, Robin Deits, Maurice Fallon, Andr '{e}s Valenzuela, Hongkai Dai, Frank Permenter, Twan Koolen, Pat Marion和Russ Tedrake

          本文描述了一组用于实现双足机器人在复杂环境中可靠运行的动态规划、控制和状态估计的优化算法。为了使具有挑战性的运动任务变得易于处理，我们描述了凸、混合整数和稀疏非线性优化的几种新应用，用于解决从步数放置到全身规划和控制等问题。我们还提出了一种状态估计公式，当与我们的步行控制器结合时，允许在非平坦地形上高度精确地执行扩展步行计划。我们描述了我们在Atlas上进行的完整系统集成和实验，Atlas是由波士顿动力公司设计的全尺寸液压人形机器人。

        • 基于质心动力学和全运动学的全身运动规划

        • 由戴宏凯，Andr\'es Valenzuela和Russ Tedrake

          为了规划机器人的动态、全身运动，人们通常面临的选择是一个复杂的、包含机器人的每个连杆和执行器的全身动态模型，还是一个高度简化的机器人模型作为一个点质量。在本文中，我们探索了这两个极端之间的一个强有力的中间地带。我们利用了这样一个事实:虽然类人机器人的完全动力学是复杂的，但它们的质心动力学(角动量和质心(COM)位置的演变)要简单得多。通过以质心形式处理机器人的动力学，并直接针对驱动自由度优化关节轨迹，我们得到了一种方法，该方法具有更简单的动力学，同时仍然具有处理运动学约束(如避免碰撞或到达目标)所需的表达性。我们进一步要求由关节轨迹计算出的机器人的COM和角动量与由质心动力学给出的相匹配。这确保了我们优化考虑的动力学等效于机器人的完整动力学，前提是机器人的执行器可以提供足够的扭矩。我们通过类人机器人通过障碍物元素和四足机器人步态优化的例子证明了该算法能够生成高动态的运动计划。此外，通过利用接触力和接触距离之间的互补条件，我们可以在不预先指定接触顺序的情况下进行规划。

        • 杂乱环境下无人机的高效混合整数规划

        • 罗宾·德茨和拉斯·特德雷克

          我们提出了一种新的方法来设计四旋翼无人驾驶飞行器({无人机})的平滑轨迹，这是自由的碰撞与障碍沿其整个长度。为了避免避障通常需要的非凸约束，我们执行了一个混合整数优化，其中多项式轨迹被分配到已知的无障碍凸区域。先前的方法使用障碍物本身的面来定义这些凸区域。取而代之的是使用{IRIS}，一种最近开发的贪婪凸分割技术，来预计算安全空间的凸区域。这大大减少了整数变量的数量，从而提高了优化求解全局最优的速度，即使是面对数十或数百个障碍面。此外，先前的方法通常在有限的样本集或结点上强制避障。我们引入了一种基于平方和({SOS})编程的技术，它允许我们使用凸约束来确保整个分段多项式轨迹不存在碰撞。我们使用Drake工具箱中的动态模型在2D和3D中演示了这种技术。

        • 用于杂乱环境中高速导航的推扫帚立体声

        • 作者:Andrew J. Barry和Russ Tedrake

          我们提出了一种新的立体视觉算法，能够在移动ARM处理器上以每秒120帧的速度检测障碍物。我们的系统执行标准块匹配立体处理的子集，只搜索单一深度的障碍物。通过使用机载IMU和状态估计器，我们可以恢复所有其他深度的障碍物位置，以帧率建立和更新一个本地深度图。在这里，我们描述了算法和我们在高速、小型无人机上的实现，飞行速度超过20英里每小时(9米/秒)接近障碍。该系统不需要外部传感或计算，据我们所知，是首个高帧率立体检测系统，运行在小型无人机上。

        • 带有冲击和摩擦的刚体系统稳定性分析与控制

        • 迈克尔·波萨、马克·托本金和拉斯·特德雷克的作品

          机器人技术中的许多关键任务，如移动或操作，都涉及刚体与环境或多个物体之间的碰撞。基于平方和(SOS)的李亚普诺夫证书数值计算方法是分析连续非线性系统稳定性的有力工具，还可用于自动合成稳定反馈控制器。在这里，我们提出了一种方法，应用平方和验证刚体与库仑摩擦经受不连续，非弹性冲击事件。提出的算法显式生成Lyapunov证书的稳定性，正不变性，和可达性的容许(非穿透)状态和接触力。我们利用接触的互补公式，自然地产生了定义这个容许区域的半代数约束。该方法在多个机器人实例中进行了演示，包括一个行走机器人的简单模型，一个停留的飞机，和一个平衡机器人的控制设计。