Quadruped robots usually utilize raibert heuristic function, which bases footstep location on linear velocity of center of the mass and reference linear velocity. However, this method does not account for angular momentum, angular velocity must be controlled only by the ground reaction force. Model-Predictive Control for obtaining ground reaction force can not calculate an accurate solution for angular velocity control using approximated model. As a result, when an external force is applied or angle oscillation occurs during movement, the tracking performance of the controller decreases and the stability of quadruped robot diminishes. In order to address these problems, a novel footstep planning algorithm is proposed to ensure control performance and stability in unstable environments. Two convex model-predictive controls based on a single rigid body model are used, one for calculating a ground reaction force and the other a footstep location. The predicted ground reaction force from the controller is inputted into the footstep location planner. The solution from the footstep location planner is then repeatedly fed back to the controller. This iterative process increases the degree of freedom for the angular velocity tracking, thereby enhancing the robustness of the dynamic locomotion in quadruped robots.
사족 로봇의 발 놓음 위치는 질량 중심의 선속도와 지령 선속도를 기반으로 하는 레이버트 휴리스틱 함수를 주로 사용한다. 이러한 알고리즘은 발 놓음 위치가 각운동량을 고려하지 못하여 지면 반력만을 통해 각속도를 제어해야 한다. 지면 반력을 구하기 위한 모델 예측 제어기는 선형 근사 된 모델을 사용하여 각속도 제어를 위한 정확한 지면 반력 해를 구할 수 없다. 그 결과 외력이 가해지거나, 거동 중 진동이 발생할 경우 제어기의 추종 성능 감소와 안정성이 떨어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하고자 불안정한 환경에서 제어 성능과 안정성을 보장할 수 있는 발 놓음 계획 알고리즘을 제안한다. 단일 강체 모델을 기반으로 한 두 개의 볼록 모델 예측 제어기를 사용하여 각각 지면 반력과 발 놓음 위치를 계산한다. 지면 반력 제어기의 예측 지면 반력은 발 놓음 제어기에 입력하고 발 놓음 제어기의 해를 다시 지면 반력 제어기에 반영하는 것을 반복하여 각속도 추종 문제의 자유도를 높여 사족로봇의 동적 보행 간 강인성을 향상한다.
