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申请/专利权人：华中科技大学

摘要：本发明属于机器人技术领域，公开了一种四足机器人集群步态同步与编队分布式模型预测控制系统及方法，包括：地图与定位模块，用于为分布式步态同步模块提供里程计和障碍物信息；通信网络，用于交换轨迹和步态相位信息；分布式MPC编队模块，用于将所有机器人调节到期望位置，避免碰撞并且实现期望编队的最优轨迹；分布式步态同步模块，用于分布式地同步各个机器人的步态；分布式运动控制模块，包括摆动腿控制器和站立腿控制器，用于控制四足机器人实现期望轨迹和步态，输出腿部电机的力矩。本发明首次提出了四足机器人的步态动力学模型，将所有机器人以一定的队形调节到期望位置，所有机器人的步态同步，并且能够稳定地动态运动，不会失去平衡。

主权项：1.一种四足机器人集群步态同步与编队分布式模型预测控制系统，其特征在于，所述四足机器人集群步态同步与编队分布式模型预测控制系统包括：地图与定位模块，用于为分布式步态同步模块提供里程计和障碍物信息；通信网络，用于交换轨迹和步态相位信息；分布式MPC编队模块，用于以一定的队形将所有机器人调节到期望位置，避免碰撞并且实现期望编队的最优轨迹；分布式步态同步模块，用于分布式地同步各个机器人的步态；分布式运动控制模块，包括摆动腿控制器和站立腿控制器，用于控制四足机器人实现期望轨迹和步态，输出腿部电机的力矩；所述分布式MPC编队模块采用差分动力学模型，所述差分动力学模型的公式为：sik+1＝sik+vik,其中，为四足机器人集群中第i个机器人的状态，xi，yi，γi代表了二维地图中机器人的x,y方向的位置坐标和航向角度，为动力学模型的控制输入，[vx，i，vy，i，vγ，i]对应了xi，yi，γi的期望速度；对所述差分动力学模型进行优化获得编队的最优轨迹，将优化问题的最优解作为原始非凸规划问题的初始迭代点，利用内点法获取高质量的局部最优值，对于k时刻的第i个机器人的优化过程为：优化目标为： 其惩罚能量成本以及地层中预测状态和期望状态之间的差异；初始状态为：s.t.sik|k＝sik动力学模型为：sik+1+l|k＝sik+l|k+vik+l|k，不等式约束用于避免四足机器人之间的碰撞；不等式约束环境障碍物避障；式中，l＝0，1，…，N-1，k+l|k代表了对应物理量在k+l时刻的预测值，ρi，αi，βi为非负参数，代表了第i个机器人在通讯拓扑中的邻居机器人集合，为第i个机器人的期望位置，为机器人i与机器人j的相对状态， 代表了第i个机器人的位置，为第o个机器人的位置，o在集合O中，R和D均为预先定义的、代表碰撞安全裕度的常数，优化问题的所有量通过四足机器人传感器、地图与定位模块或无线通讯网络获得。

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百度查询： 华中科技大学 四足机器人集群步态同步与编队分布式模型预测控制方法