使用质心规划的四足机器人爬行步态优化控制方法

在四足机器人爬行步态中,由于在同一时刻有三条腿处于支撑相,步频较低、质心的位置波动较大,且控制系统实时计算量庞大。单独使用虚拟模型控制(VMC)或模型预测控制(MPC)方法对四足机器人的爬行步态(WALK)的控制效果欠佳,针对四足机器人的爬行步态提出了一种新的控制方案。首先使用基于二次优化的VMC进行机器人的足底支反力计算,构建机器人基本的运动控制模型,然后根据爬行步态的特点,对机器人的质心进行了基于MPC的轨迹规划,并将规划结果送入VMC求解器中迭代求解,从而得到机身期望的姿态和足底力。在仿真模型中检验后将此控制算法应用于物理样机进行试验。实验结果表明,该控制方案大幅度提高了四足机器人爬行步态的稳定性、减少了控制系统实时计算时间。