arXivDaily arXiv每日学术速递 周一至周五更新
arXiv 2401.02786cs.RO
收藏

基于不变扩展卡尔曼滤波的人形机器人运动学基座状态估计

Kinematic Base State Estimation for Humanoid using Invariant Extended Kalman Filter

University of Tehran(德黑兰大学)

Amirhosein Vedadi, Aghil Yousefi-Koma, Masoud Shariat-Panahi, Mahdi Nozari

AI总结:

本文为 Surena V 人形机器人提出了一种基于李群 $SE_4(3)$ 的右不变扩展卡尔曼滤波器(RIEKF),结合 IMU 和正向运动学进行基座状态估计,实验证明其相比 QEKF 具有更小的定位漂移和更快的收敛速度。

摘要:

本文介绍了为 Surena V 人形机器人估计运动学基座状态而设计的右不变扩展卡尔曼滤波器(RIEKF)的设计与实现。机器人的状态表示定义在李群 $SE_4(3)$ 上,包含基座的位置、速度和姿态,以及左右脚的位置。此外,我们将 IMU 偏差作为连接状态纳入滤波器中。RIEKF 的预测步骤利用 IMU 方程,而更新步骤结合了正向运动学。为评估 RIEKF 的性能,我们使用 Choreonoid 动态仿真框架进行了实验,并将其与基于四元数的扩展卡尔曼滤波器(QEKF)进行了比较。分析结果表明,与 QEKF 相比,RIEKF 在定位中表现出更小的漂移,并在更短的时间内实现估计收敛。这些发现突出了所提出的 RIEKF 在人形机器人运动学基座精确状态估计中的有效性。

英文摘要:

This paper presents the design and implementation of a Right Invariant Extended Kalman Filter (RIEKF) for estimating the states of the kinematic base of the Surena V humanoid robot. The state representation of the robot is defined on the Lie group $SE_4(3)$, encompassing the position, velocity, and orientation of the base, as well as the position of the left and right feet. In addition, we incorporated IMU biases as concatenated states within the filter. The prediction step of the RIEKF utilizes IMU equations, while the update step incorporates forward kinematics. To evaluate the performance of the RIEKF, we conducted experiments using the Choreonoid dynamic simulation framework and compared it against a Quaternion-based Extended Kalman Filter (QEKF). The results of the analysis demonstrate that the RIEKF exhibits reduced drift in localization and achieves estimation convergence in a shorter time compared to the QEKF. These findings highlight the effectiveness of the proposed RIEKF for accurate state estimation of the kinematic base in humanoid robotics.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

↑