Robust Locomotion Exploiting Multiple Balance Strategies: An Observer-Based Cascaded Model Predictive Control Approach

控制理论(社会学) 倒立摆 仿人机器人 模型预测控制 非线性系统 二次规划 计算机科学 稳健性(进化) 凸优化 机器人运动 正多边形 机器人 数学 数学优化 移动机器人 机器人控制 人工智能 控制(管理) 几何学 基因 物理 量子力学 生物化学 化学
作者
Jiatao Ding,Linyan Han,Ligang Ge,Yizhang Liu,Jianxin Pang
出处
期刊:IEEE-ASME Transactions on Mechatronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (4): 2089-2097 被引量:4
标识
DOI:10.1109/tmech.2022.3173805
摘要

Robust locomotion is a challenging task for humanoid robots, especially when considering dynamic disturbances. This article proposes a disturbance observer-based cascaded model predictive control (MPC) approach for bipedal locomotion, with the capability of exploiting ankle, stepping, hip and height variation strategies. Specifically, based on the variable-height inverted pendulum model, a nonlinear MPC that is run at a low frequency is built for 3-D locomotion (i.e., with height variation) while accounting for the footstep modulation as well. Differing from previous works, the nonlinear MPC is formulated as a convex optimization problem by semidefinite relaxation. Subsequently, assuming a flywheel at the pelvis center, a linear MPC that is run at a high frequency is proposed to regulate angular momentum (e.g., through rotating the upper body), which is solved by convex quadratic programming. To run the cascaded MPC in a closed-loop manner, a high order sliding mode observer is designed to estimate system states and dynamic disturbances simultaneously. Simulation and hardware experiments demonstrate the walking robustness in real-world scenarios, including 3-D walking with varying speeds, walking across non-coplanar terrains and push recovery.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
榴莲完成签到,获得积分10
1秒前
Hey晚安33完成签到 ,获得积分10
2秒前
会飞的企鹅完成签到,获得积分20
2秒前
dan关闭了dan文献求助
2秒前
pluto应助卖萌的秋田采纳,获得10
2秒前
TOW发布了新的文献求助10
2秒前
3秒前
pick_up完成签到,获得积分10
4秒前
xbw发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
大个应助晨曦采纳,获得10
7秒前
白露LZX完成签到,获得积分10
8秒前
持满发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
9秒前
9秒前
ZQL发布了新的文献求助10
11秒前
领导范儿应助hjh采纳,获得10
12秒前
13秒前
无我发布了新的文献求助10
13秒前
Andrew完成签到,获得积分10
13秒前
dan驳回了传奇3应助
13秒前
14秒前
吕君完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
lanxinyue发布了新的文献求助10
17秒前
17秒前
17秒前
高高发布了新的文献求助10
19秒前
义气严青完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
刘欣欣完成签到 ,获得积分10
20秒前
20秒前
21秒前
21秒前
cc2004bj应助xbw采纳,获得10
22秒前
22秒前
yulk完成签到,获得积分10
22秒前
zimix关注了科研通微信公众号
23秒前
老王发布了新的文献求助10
24秒前
高分求助中
Malcolm Fraser : a biography 680
Signals, Systems, and Signal Processing 610
天津市智库成果选编 600
Climate change and sports: Statistics report on climate change and sports 500
Forced degradation and stability indicating LC method for Letrozole: A stress testing guide 500
全相对论原子结构与含时波包动力学的理论研究--清华大学 500
Organic Reactions Volume 118 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6455262
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8265912
关于积分的说明 17617515
捐赠科研通 5521476
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2904886
邀请新用户注册赠送积分活动 1881600
关于科研通互助平台的介绍 1724513