Optimisation de la trajectoire d’un robot

Le laboratoire de robotique biomimétique du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a utilisé Artelys Knitro pour le contrôle en temps réel de ses robots : le MIT Mini Cheetah et le MIT Humanoid. L’optimisation de la trajectoire est un processus essentiel pour le contrôle en temps réel des robots. Le contrôle optimal des robots quadrupèdes est un problème difficile qui doit faire face à une dynamique hybride non linéaire et à une cinématique complexe à haut degré de liberté. Dans le cas du Mini Cheetah, ce processus d’optimisation est utilisé pour planifier des mouvements compliqués tels que des sauts, des pirouettes aériennes, des flips arrière et des tonneaux.

La possibilité d’effectuer ces mouvements élargit considérablement la gamme d’environnements que le robot est capable de traverser, ce qui est crucial car ces robots sont destinés à être déployés de manière opérationnelle. Depuis que le laboratoire a intégré Artelys Knitro dans leur logiciel, il a pu mettre en œuvre un certain nombre de nouveaux contrôleurs en temps réel sur leurs robots en utilisant l’optimisation non linéaire. Même après avoir testé d’autres solveurs d’optimisation non linéaire de pointe, Artelys Knitro était le seul capable d’être suffisamment rapide pour être déployé à bord de leur robot.

Contrôle prédictif du modèle

Pour le Mini Cheetah, un contrôle prédictif du modèle (MPC) non linéaire a été utilisé pour l’atterrissage. L’optimisation a été formulée avec des contraintes de complémentarité, ce qui rend le programme non linéaire (NLP) difficile pour de nombreux solveurs, mais Artelys Knitro a pu le résoudre à environ 5-10 Hz (entre 5 et 10 problèmes résolus par seconde). L’équipe a utilisé une optimisation de trajectoire non linéaire incluant des contraintes de complémentarité de contact pour trouver des postures d’atterrissage optimales. Les performances en temps réel étant très importantes pendant la courte durée d’une chute, Artelys Knitro a été préféré à d’autres solveurs pour sa convergence rapide et fiable.

Pour l’humanoïde du MIT, un contrôleur prédictif non linéaire a été mis en œuvre qui s’appuie sur les bras du robot pour améliorer son équilibre. L’optimisation non linéaire complexe peut résoudre les mouvements complexes des bras en réponse à de grandes perturbations. Artelys Knitro a résolu ces mouvements à 40 Hz et a contribué à la démonstration d’atterrissages réussis.