腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程 課件 第8章-四足機(jī)器人MPC控制(認(rèn)知-使用)_第1頁(yè)
腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程 課件 第8章-四足機(jī)器人MPC控制(認(rèn)知-使用)_第2頁(yè)
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腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制原理與仿真實(shí)踐教程 課件 第8章-四足機(jī)器人MPC控制(認(rèn)知-使用)_第4頁(yè)
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四足機(jī)器人MPC控制MPC原理本章介紹基于模型預(yù)測(cè)的腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制方法，這是一種當(dāng)前綜合控制效果很好的算法，對(duì)比上一章節(jié)的VM優(yōu)化方法，MPC方法在復(fù)雜地形適應(yīng)上更有優(yōu)勢(shì)。這里介紹的MPC是基于MIT于2018年IROS論文開源的方法，雖然這套方法距今（2023年）已經(jīng)過(guò)去4年了，但仍然算是當(dāng)前最主流方法，尤其是配合后面章節(jié)的WBC算法，是腿足機(jī)器人控制領(lǐng)域一顆耀眼的明珠。下面介紹的MPC方法保留原版MIT狀態(tài)機(jī)框架和核心運(yùn)動(dòng)控制算法，舍棄掉MIT自己搭建動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)、仿真與控制器間共享內(nèi)存等繁瑣的內(nèi)容，將精力全部放在機(jī)器人算法學(xué)習(xí)上，比起直接學(xué)習(xí)MIT的論文與閱讀代碼效率更高，更適合初學(xué)者入門。

（1）簡(jiǎn)化機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型是十分復(fù)雜、非線性的，而模型預(yù)測(cè)控制由于需要迭代求解最優(yōu)，所以很耗時(shí)，這就是之前為什么MPC方法沒(méi)有真正應(yīng)用在腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制上的原因。我們所說(shuō)的模型預(yù)測(cè)控制根據(jù)模型是線性或者非線性可以區(qū)分為L(zhǎng)inearMPC和NolinearMPC，相對(duì)于NMPC高維復(fù)雜的狀態(tài)模型來(lái)說(shuō)LMPC當(dāng)前已經(jīng)有很好的求解方案，且根據(jù)線性系統(tǒng)理論我們可以將LMPC方法轉(zhuǎn)換為QP形式，進(jìn)而通過(guò)qpOASES等開源庫(kù)求解，這是求解速度最快也是最常用的方式，當(dāng)然也有直接進(jìn)行LMPC求解的庫(kù)。腿足機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器需要嚴(yán)格的高頻伺服控制周期，而MPC求解速度一般遠(yuǎn)低于伺服周期，所以如何更快的求解出MPC是一個(gè)核心問(wèn)題。為了加快MPC求解速度，這里介紹的方法采用了如下策略：首先，機(jī)器人模型簡(jiǎn)化為質(zhì)心集中于軀干，腿部無(wú)質(zhì)量的單剛體模型，便于動(dòng)力學(xué)更新；其次，

將非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行線性化，構(gòu)建線性狀態(tài)表達(dá)，從而將問(wèn)題轉(zhuǎn)換為凸優(yōu)化形式。以上兩個(gè)簡(jiǎn)化可實(shí)現(xiàn)MPC求解速度在30ms以內(nèi)，搭配底層

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