This paper proposes a new framework to generate 3D multi-contact locomotion with low computation cost. The proposed framework consists of (a) the derivation of the prospect centroidal dynamics by introducing a force distribution ratio, where it can be represented with a formulation similar to the inverted pendulum’s one, and (b) the development of a fast computation method for generating a 3D center-of-mass (CoM) trajectory. Then (c) the ZMP reference is modified so that feasible contact wrench can be generated by a force distribution using the centroidal dynamics with the approximated friction cone. The proposed method allows to generate a trajectory sequentially and to change the locomotion parameters at any time even under variable CoM height. Then, the contact timing of each end-effector can be adjusted to synchronize with the actual contact with the environment by shortening or extending the desired duration of the support phase. This can be used to improve the robustness of the locomotion. The validity of the proposed method is confirmed by several numerical results in dynamic simulator: a CoM motion while changing the contact timing, a multi-contact locomotion considering a transition between biped and quadruped walking on an horizontal floor to move below obstacles. Finally, we also show a climbing stairs using handrail which requires dynamic changes of unilateral and bilateral contacts.

中文翻译：

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动态多接触运动同步接触的顺序轨迹生成

本文提出了一种新的框架来生成具有低计算成本的 3D 多接触运动。所提出的框架包括（a）通过引入力分布比来推导前景质心动力学，其中它可以用类似于倒立摆的公式来表示，以及（b）开发用于生成的快速计算方法3D 质心 (CoM) 轨迹。然后 (c) 修改 ZMP 参考，以便可以通过使用具有近似摩擦锥的质心动力学的力分布来生成可行的接触扳手。所提出的方法允许顺序生成轨迹并随时更改运动参数，即使在可变的 CoM 高度下也是如此。然后，通过缩短或延长所需的支撑阶段持续时间，可以调整每个末端执行器的接触时间，以与与环境的实际接触同步。这可以用来提高运动的鲁棒性。动态模拟器中的几个数值结果证实了所提出方法的有效性：改变接触时间的 CoM 运动，考虑在水平地板上行走以移动到障碍物下方的两足动物和四足动物之间的过渡的多接触运动。最后，我们还展示了一个使用扶手的爬楼梯，它需要单边和双边接触的动态变化。动态模拟器中的几个数值结果证实了所提出方法的有效性：改变接触时间的 CoM 运动，考虑在水平地板上行走以移动到障碍物下方的两足动物和四足动物之间的过渡的多接触运动。最后，我们还展示了一个使用扶手的爬楼梯，它需要单边和双边接触的动态变化。动态模拟器中的几个数值结果证实了所提出方法的有效性：改变接触时间的 CoM 运动，考虑在水平地板上行走以移动到障碍物下方的两足动物和四足动物之间的过渡的多接触运动。最后，我们还展示了一个使用扶手的爬楼梯，它需要单边和双边接触的动态变化。