姿势适应与外感受功能的协同作用，以实现稳健的由中枢神经系统（CPG）控制的四足动物运动

《Scientific Reports》：Synergy of postural adaptation and exteroception for robust CPG-driven quadrupedal locomotion

　　

摘要

基于强化学习（RL）的四足动物运动控制器往往学会不自然、不协调的步态，这些步态不适合实际应用，因此需要耗费大量精力进行奖励机制的调整。中枢模式发生器（CPG）与RL相结合的方法通过利用受生物学启发的CPG来生成由学习到的策略调节的节奏性足部运动轨迹，从而缓解了这些问题。尽管之前的CPG-RL研究采用了姿势适应和外部感知来修改步态，但这些机制的具体功能作用及其独特的调整策略仍大多未被探索。为了系统地研究这些机制的作用，我们通过地形高度样本引入外部感知，并通过直接调整关节角度来实现姿势适应。实验表明，虽然外部感知有助于提高能量效率的预测性规划并加速平衡恢复，但其效果受到CPG调节刚性的限制。姿势适应克服了这一限制，使得肢体运动更加灵活，从而能够将地形信息转化为稳健、稳定且精确的运动。我们观察到两种不同的步态策略：外部感知驱动精确、更短的步幅以减少碰撞；而姿势适应则通过快速反应来减少步幅间距以提高效率并保持稳定性。这种协同作用使得系统比纯RL基线具有更高的鲁棒性，能够在无需步态调整奖励的情况下实现自然的慢跑，并且能够很好地适应分布外的条件，为可配置和可靠的四足动物运动控制奠定了基础。