BRACE: adattare i riferimenti per l’intero corpo al tracciamento del movimento degli umanoidi tenendo conto delle forze e del terreno

Abstract degli autori

Il tracciamento del movimento dell’intero corpo è diventato l’interfaccia con cui gli operatori guidano i robot umanoidi. I riferimenti utilizzati, però, sono registrati su terreno pianeggiante e senza trasportare nulla: il sistema di tracciamento non tiene quindi conto né delle forze che il robot deve scambiare con gli oggetti né del terreno su cui deve poggiare. I controllori esistenti affrontano solo uno di questi aspetti: le policy in grado di esercitare forze comandano una forza all’organo terminale, ma non prescrivono una postura dell’intero corpo; i sistemi di tracciamento adattivi al terreno, invece, trattano i carichi come perturbazioni da contrastare, anziché come forze e momenti da comandare. Presentiamo BRACE, un sistema di tracciamento dell’intero corpo che esercita e compensa le forze comandate alle mani da posture diverse, seguendo al tempo stesso su terreni inclinati un riferimento registrato su terreno pianeggiante. Anziché lasciare al sistema il compito di assorbire il carico e la pendenza, BRACE incorpora entrambi nel riferimento che segue: l’adattamento al terreno porta i punti d’appoggio dei piedi e la radice del corpo sulla superficie locale, mentre una trasformazione delle forze e dei momenti determina lo spostamento della mano che produce una forza insieme agli spostamenti del centro di massa e del centro di pressione che ne derivano, nel rispetto dei limiti di sforzo delle braccia specifici di ciascun teacher. Teacher distinti per l’esercizio e la compensazione delle forze vengono distillati tramite DAgger in un unico student basato sul flow matching, che funziona con le sole informazioni propriocettive, senza una mappa delle altezze né misure di forze e momenti. Un teleoperatore, anche da una postazione remota, può così fornire una traiettoria per terreno pianeggiante, mentre il robot gestisce a bordo pendenza e carico. Svolgiamo numerosi esperimenti con Unitree-G1, in simulazione e sul robot reale, per dimostrare la capacità di BRACE di esercitare e compensare forze e di affrontare terreni diversi.