Minimizing Acoustic Noise: Enhancing Quiet Locomotion for Quadruped Robots in Indoor Applications

📄 arXiv: 2506.23114v1 📥 PDF

作者: Zhanxiang Cao, Buqing Nie, Yang Zhang, Yue Gao

分类: cs.RO

发布日期: 2025-06-29

备注: 8 pages,6 figures, IROS2025

💡 一句话要点

提出优化运动控制算法以降低四足机器人室内噪声

🎯 匹配领域: 支柱一：机器人控制 (Robot Control)

关键词: 四足机器人 运动控制 噪声优化 室内应用 步态设计 控制策略 声学噪声 机器人技术

📋 核心要点

  1. 现有四足机器人在室内环境中的应用受到运动噪声的限制，尤其是在服务和医疗等噪声敏感场景中。
  2. 本研究提出了一种结合优化步态设计和控制策略的运动控制算法，以降低四足机器人运动时的噪声排放。
  3. 实验结果表明，该方法在多种室内环境中实现了约8 dBA的噪声降低，提升了四足机器人的应用潜力。

📝 摘要（中文）

近年来，四足机器人在复杂户外环境中的移动能力得到了显著提升。然而，在噪声敏感的室内环境中，运动产生的噪声问题却常常被忽视。本研究旨在通过开发先进的运动控制算法来优化四足机器人在运动过程中产生的声学噪声。我们提出了一种新颖的方法，通过将优化的步态设计与量身定制的控制策略相结合，来最小化噪声排放。该方法在运动过程中实现了约8 dBA的平均噪声降低，从而增强了四足机器人在噪声敏感的室内环境中的适用性。实验结果展示了该方法在多种室内环境中的有效性，突显了四足机器人在噪声敏感环境中安静操作的潜力。

🔬 方法详解

问题定义：本研究解决的是四足机器人在室内环境中运动时产生的噪声问题。现有方法通常忽视了噪声控制，导致机器人在噪声敏感场景中的适用性降低。

核心思路：论文的核心思路是通过优化步态设计与控制策略的结合，来有效降低运动过程中产生的声学噪声。这种设计旨在实现更安静的运动方式，从而适应室内环境的需求。

技术框架：整体架构包括步态优化模块和控制策略模块。步态优化模块负责生成低噪声的运动模式，而控制策略模块则根据实时反馈调整机器人的运动，以确保噪声最小化。

关键创新：最重要的技术创新点在于将步态设计与控制策略相结合，形成了一种新的运动控制算法。这种方法与传统的单一控制策略相比，能够更有效地降低噪声排放。

关键设计：在参数设置上，研究者对步态参数进行了优化，并设计了特定的损失函数以量化噪声水平。此外，控制策略采用了实时反馈机制，以动态调整机器人的运动状态。具体的网络结构和算法细节在论文中进行了详细描述。

📊 实验亮点

实验结果显示，采用新方法的四足机器人在多种室内环境中实现了约8 dBA的噪声降低，相较于传统方法，噪声排放显著减少。这一成果验证了优化步态设计与控制策略结合的有效性，提升了四足机器人在噪声敏感环境中的应用潜力。

🎯 应用场景

该研究的潜在应用领域包括服务机器人、医疗辅助机器人以及任何需要在噪声敏感环境中操作的四足机器人。通过降低运动噪声，这些机器人能够更好地融入医院、图书馆等场所，提升人机交互的舒适性和有效性。未来，随着技术的进一步发展，四足机器人在室内环境中的应用将更加广泛。

📄 摘要（原文）

Recent advancements in quadruped robot research have significantly improved their ability to traverse complex and unstructured outdoor environments. However, the issue of noise generated during locomotion is generally overlooked, which is critically important in noise-sensitive indoor environments, such as service and healthcare settings, where maintaining low noise levels is essential. This study aims to optimize the acoustic noise generated by quadruped robots during locomotion through the development of advanced motion control algorithms. To achieve this, we propose a novel approach that minimizes noise emissions by integrating optimized gait design with tailored control strategies. This method achieves an average noise reduction of approximately 8 dBA during movement, thereby enhancing the suitability of quadruped robots for deployment in noise-sensitive indoor environments. Experimental results demonstrate the effectiveness of this approach across various indoor settings, highlighting the potential of quadruped robots for quiet operation in noise-sensitive environments.