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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开了一种统一化模型与多控制点模型预测的变形态人形机器人平衡控制方法，将机器人受到的常见外部扰动统一为虚拟力力矩，上层控制器基于虚拟力力矩，采用模型预测控制，计算期望接触力和力矩并进行分配，下层控制器基于期望接触力和力矩，分配机器人各个接触点的作用力，同时，下层控制器还设计双向耦合启发式导纳控制策略和髋膝复合启发式姿态控制策略，实现机器人上身姿态的稳定控制，求解机器人上身姿态的稳定控制的目标，得到实际控制点位置，基于实际控制点加速度建立全身运动轨迹优化问题，求解得到期望的机器人全身关节角度，实现运动轨迹生成。本发明提高了机器人在不平路面以及外部力扰动下的稳定通行能力。

主权项：1.一种统一化模型与多控制点模型预测的变形态人形机器人平衡控制方法，其特征在于：1将机器人受到的常见外部扰动统一为虚拟力力矩，具体是将常见外部扰动分为倾斜地面、外部推力扰动和外部负载，推导出虚拟力力矩；2上层控制器基于虚拟力力矩，采用模型预测控制，计算期望接触力和力矩并进行分配；所述模型预测控制的目标函数为： 其中，Xref为期望状态向量，X为实际状态向量，U为控制量向量，wX表示状态跟踪权重，wU表示控制量平滑权重；且X＝Mxx+MuU+Mc，x为机器人状态，Mx为预测状态矩阵乘子，Mu为预测控制量矩阵乘子，Mc为预测常量矩阵： 其中，R为机器人坐标到世界坐标系的姿态转换矩阵，M为机器人质量，g为重力加速度，r为机器人质心位置到外部合力作用点的向量，fdis为机器人质心处受到的虚拟力，τdis为机器人质心处受到的虚拟力矩；下层控制器基于期望接触力和力矩，利用二次规划实现机器人各个接触点的作用力分配，实现机器人与地面的稳定接触；在实现机器人各个接触点的作用力分配的同时，下层控制器还设计双向耦合启发式导纳控制策略和髋膝复合启发式姿态控制策略，实现机器人上身姿态的稳定控制，具体建立以下目标： 其中，为实际控制点位置，为期望控制点位置，分别为接触点、肩部控制点的跟踪系数，为双向耦合启发式导纳控制策略中由控制量速度积分得到的竖直方向位置控制量，为双向耦合启发式导纳控制策略中俯仰方向耦合导纳控制器的控制增量，为双向耦合启发式导纳控制策略中滚转方向耦合导纳控制器的控制增量，为髋膝复合启发式姿态控制策略中作用于控制点3、4的俯仰姿态控制增量，为髋膝复合启发式姿态控制策略中作用于控制点1、2、3、4的翻滚姿态控制增量，分别为右肩和左肩控制点位置增量；3求解所述目标得到实际控制点位置基于实际控制点加速度建立全身运动轨迹优化问题，求解得到期望的机器人全身关节角度，实现运动轨迹生成。

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百度查询： 北京理工大学 一种统一化模型与多控制点模型预测的变形态人形机器人平衡控制方法