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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快速模型预测控制方法、系统及介质，包括：计算摆动腿的通过获取站立腿以及摆动腿的模型预测控制率，控制四足机器人的运动；站立腿的模型预测控制率的获取过程包括：进行基于二次规划的滚动时域优化；通过近似海森矩阵，将原二次规划问题转化为近似二次规划问题；根据当前机器人状态，在近似二次规划问题中删除全局无效约束；利用最优反作用力缓存，进行维度自适应的热启动策略，获得站立腿的模型预测控制率。本发明根据动力学模型构建求解最佳地面反作用力的滚动时域优化问题，针对性地提出了三种数值优化技巧，能实现四足机器人各种步态的快速模型预测控制，显著提升控制更新频率。

主权项：1.一种四足机器人快速模型预测控制方法，其特征在于，所述四足机器人快速模型预测控制方法包括：根据动力学模型构建求解最佳地面反作用力的滚动时域优化问题，并针对性地提出了三种数值优化技巧，能够实现四足机器人各种步态的快速模型预测控制，并能显著提升控制更新频率；通过获取站立腿以及摆动腿的模型预测控制率，控制四足机器人的运动；所述站立腿的模型预测控制率的获取过程包括：步骤一，进行基于二次规划的滚动时域优化；步骤二，通过近似海森矩阵，将原二次规划问题转化为近似二次规划问题；步骤三，根据当前机器人状态，在近似二次规划问题中删除全局无效约束；步骤四，利用最优反作用力缓存，进行维度自适应的热启动策略，获得站立腿的模型预测控制率；所述步骤一的具体过程为：1列出如下二次规划问题，求解最佳地面反作用力： 式中，下标i代表第i个时刻，n为总预测步长，Θ为全局坐标系下的机器人身体转向角，p为全局坐标系下的身体坐标，ω为身体角速度，为身体线速度，为第k条站立腿的地面反作用力，表示地面反作用力的摩擦约束不等式参数，Li和Ki为加权参数矩阵；2将原二次规划问题中的xi+1消掉，获得如下新的二次规划问题： 式中，Ht为海森矩阵，Ut＝[ut，…，ut+n]，所述新的二次规划问题可被任何现有求解器求解获得最佳地面反作用力3使用雅可比矩阵Ji计算对应电机的力矩： 所述近似二次规划问题根据近似方式进行构建，从而代替原二次规划问题，所述近似方式为：Ht≈Ht-1，ct≈ct-1和所述近似二次规划为： 式中，下标t，t-1表示对应时刻；所述全局无效约束为在整个控制范围内保持非有效状态的不等式约束，包括两类约束，第一种为垂直于地面力的约束，第二种为：当机器人加速时的摩擦力下限约束，或当机器人减速时的摩擦力上限约束；所述维度自适应的热启动策略的具体过程为：建立一个缓冲区，用于储存每个时刻计算的最佳地面反作用力，从所述缓冲区中提取最优地面反作用力作为当前时刻求解的优化问题的初始解；所述缓冲区存储上限大于模型预测控制的最大步长，从而保证每个时刻每条腿都能在缓存区中获得历史最佳地面反作用力；同时，所述缓冲区是动态更新的，更新频率与控制频率一致，更新频率高时，历史最优地面反作用力和当前时刻所计算的最优地面反作用力接近，热启动策略进行初始化优化问题，从而获取当前时刻的模型控制率。

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