CN109991896B

CN109991896B - 机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置

Info

Publication number: CN109991896B
Application number: CN201711498850.9A
Authority: CN
Inventors: 熊友军; 周志平; 陈林
Original assignee: Ubtech Robotics Corp
Current assignee: Ubtech Robotics Corp
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN109991896A

Abstract

本申请公开了一种机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置，方法包括：实时采集机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；根据加速度值判断机器人是否处于站立或倒立姿态；若判断为是，则根据实时采集的加速度值判断机器人是否可能发生跌倒；若判断为是，则判断陀螺仪在机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值角速率；若判断为是，则执行对应的防护措施。通过上述方式，本申请能够在机器人跌倒前准确预判到有跌倒趋势，从而提前采取保护措施，实现对机器人的有效保护。

Description

机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置

技术领域

本申请涉及机器人领域，特别是涉及一种机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置。

背景技术

目前对于人形机器人，且对于人形机器人唱歌跳舞走路是其基本职责，免不了会常常跌倒，虽已经对人形机器人做了各种压力、跌落等测试，但是还需要从更多方面去保护机器人不摔倒，或者摔倒时能及时地采取保护措施。

发明内容

本申请提供一种机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置，能够在机器人跌倒前准确预判到有跌倒趋势，从而提前采取保护措施，实现对机器人的有效保护。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种机器人跌倒预判的方法，所述方法包括：实时采集所述机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；根据所述加速度值判断所述机器人是否处于站立或倒立姿态；若判断为是，则根据实时采集的所述加速度值判断所述机器人是否可能发生跌倒；若判断为是，则判断所述陀螺仪在所述机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值角速率；若判断为是，则执行对应的防护措施。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种机器人跌倒预判的装置，所述装置包括处理器及存储器，所述处理器连接所述存储器；其中，所述处理器用于实时采集所述机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；根据所述加速度值判断所述机器人是否处于站立或倒立姿态；若判断为是，则根据实时采集的所述加速度值判断所述机器人是否可能发生跌倒；若判断为是，则判断所述陀螺仪在所述机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值；若判断为是，则执行对应的防护措施。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种存储装置，存储有能够实现上述任一项所述方法的程序文件。

本申请的有益效果是：提供一种机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置，通过实时采集机器人的加速度值和陀螺仪的角速率值，使得机器人可以在跌倒前准确预判到有跌倒趋势，从而提前采取保护措施，实现对机器人的有效保护。

附图说明

图1是本申请机器人跌倒预判的方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本申请步骤S11一实施方式的流程示意图；

图3是本申请步骤S12一实施方式的流程示意图；

图4是本申请机器人跌倒预判装置一实施方式的结构示意图；

图5是本申请存储装置一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图，图1为本申请机器人跌倒预判方法第一实施方式的流程示意图。

本申请中所述的机器人均配置有陀螺仪和加速度计，其中，陀螺仪为角运动检测装置，用于检测机器人机体围绕某个轴向的旋转角速率值。加速度计用于测量机器人的加速度，且本申请中采用的陀螺仪可以为三轴陀螺仪，加速度计可以为三轴加速度计。参阅图1，本申请机器人跌倒预判方法包括如下步骤：

S10，实时采集机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值。

本实施例中，通过实时采集配置于机器人上的陀螺仪和加速度计的数据值，可以分别得到所述机器人当前时刻的加速度值和角速率值并进行记录。其中，机器人加速度值及陀螺仪的角速率值的采样频率可以设置为每200ms检查一次，当然在其它实施例中，也可以设置为每50ms/次、100ms/次以及150ms/次，等等，此处不做进一步限定。

S11，根据加速度值判断机器人是否处于站立或倒立姿态。

在步骤S11中，根据实时获取到的三轴加速度计的加速度值进一步来分析机器人所处的姿态。参阅图2，步骤S11进一步包括如下子步骤：

S111，判断机器人某特定向上的加速度值的绝对值是否大于第一加速度阈值，且剩余轴向上的加速度值的绝对值小于第一加速度阈值。

简单来说，本申请中机器人的姿态可以分为如下表所述的六种情况：

表1 机器人的不同姿态

站立姿态	a_x≥xg	\|a_y\|≤xg	\|a_z\|≤xg
				倒立姿态	\|a_x≥xg	\|a_y\|≤xg	\|a_z\|≤xg
趴着姿态	\|a_x\|≤xg	\|a_y\|≤xg	\|a_z\|≥xg
				躺着姿态	\|a_x\|≤xg	\|a_y\|≤xg	\|a_z\|≥xg
左卧姿态	\|a_x\|≤xg	a_y≥xg	\|a_z\|≤xg
				右卧姿态	\|a_x\|≤xg	\|a_y\|≥xg	\|a_z\|≤xg

可选地，xg表示机器人在某一轴向上的第一加速度阈值，其中，x表示该轴向上该加速度值占加速度计满值的比例值，g为重力加速度值。根据表1可以得，正常情况下可以将机器人的姿态分为6种，站立姿态、倒立姿态、趴着姿态、躺着姿态、左卧姿态以及右卧姿态。其中，本申请中根据实时采集到的三轴加速计的三个轴的加速值来判断机器人的具体姿态。

在本申请一应用场景中，设采集到的三轴加速度计三个轴向上的加速值分别为a_x、a_y以及a_z，并将该三个轴向上的加速值的绝对值和第一阈值加速度值作比较，其中，第一阈值加速度值可以根据实际情况进行设定，例如可以设置为加速度满值g的1/2、1/3、1/4等等，此处不做进一步限定。本实施例中，第一阈值加速度值可以设置为1/2g。具体地，将采集到的三个轴向上的加速值分别为a_x、a_y以及a_z分别和第一阈值加速度比较，可以得到当加速值计X轴向上的加速度值a_x≥xg，即a_x≥1/2g，加速值计Y、Z轴向上的加速度值的绝对值分别满足|a_y|≤1/2g、|a_z|≤1/2g时，则可以判断机器人当前的姿态为站立姿态。

进一步地，若实时采集到的加速值计X轴向上的加速度值a_x为负值，且其绝对值满足|a_x|≥xg，加速值计Y、Z轴向上的加速度值的绝对值分别满足|a_y|≤1/2g、|a_z|≤1/2g时，则可以判断机器人当前的姿态为倒立姿态。其余姿态的判断和上述站立和倒立姿态的判断类似，此处就不一一列举。且在本实施例中，需要对机器人的跌倒做预判，故上述的左卧姿态以及右卧姿态本申请不做详细的描述。

可选地，本申请中机器人姿态的判断是依赖加速度计各个轴向上的加速度值，且机器人的具体姿态的判断和加速度计设置在机器人身上的位置有关系，本申请中，机器人的站立或者倒立姿态的判断是以加速度计X轴向上的加速度值为基准来判断，当然，在其他实施方式中，根据加速度计的安装方位不同，也可以是以加速度计Y或Z轴向上的加速度值为基准来判断，且其判断方法和上述X轴向上的加速度值的判断类似，此处不做进一步限定。且本申请中的实施例，都是以加速度计X轴向上的加速度值为基准进行判断。

S112，则机器人处于站立或倒立姿态。

根据上述实时采集到的三轴加速度计的加速度值可以判断机器人当前所处的具体姿态，且本申请中只对机器人的站立姿态和倒立姿态进行详细介绍。当然，若判断机器人当前不处于站立姿态或者倒立姿态，则进入步骤S10继续判断下一时刻所述机器人的运动姿态，若判断机器人处于站立或倒立姿态，则进入步骤S12。

S12，根据实时采集的加速度值判断机器人是否可能发生跌倒。

参阅图3，步骤S12进一步包括如下子步骤：

S121，判断下一时刻机器人的加速度值是否满足第二加速度阈值，其中第二加速度阈值小于第一加速度阈值。

在机器人满足站立或者倒立的姿态下，本申请通过设置第二加速度阈值来预判下一时刻机器人是否可能发生跌倒。且本申请中，第二加速度阈值的设置可以为小于第一加速度阈值，当然在具体实施方式中可以设置为加速度满值g的1/9、1/8、1/7等等，此处不做进一步限定。本实施例中，第二阈值加速度值可以设置为1/9g。

具体地，可以分为如下三种情况：

1.若判断下一时刻采集到的加速度计的加速度值的绝对值小于第二阈值加速度值，即假设该时刻采集到机器人X轴向上的加速度值|a_z|≤1/9g时，此刻机器人既不满足站立和倒立姿态，也不满足前倒和后倒状态，则机器人处于一过渡状态，所谓过渡状态可以指机器人可能会发生前倒或者后倒的状态。

2.若判断下一时刻采集到的加速度计的加速度值的绝对值大于第二阈值加速度值，且小于第一阈值加速度，即假设该时刻采集到机器人X轴向上的加速度值1/9g≤|a_z|≤1/2g时，则表明此刻机器人可能发生向前或者向后跌倒。

3.若判断下一时刻采集到的加速度计的加速度值的绝对值大于第一阈值加速度值，即假设此刻采集到机器人X轴向上的加速度值|a_z|≥1/2g时，则表明此刻机器人可能发生向前或者向后跌倒。

具体分析一下，以机器人满足站立姿态为例分析：

1.在机器人满足站立姿态的条件下，采集机器人下一时刻的加速度计的加速度值，判断三个轴向上所述加速度值和第二阈值加速度值的关系。举例来说，在一具体应用场景中，若采集到加速度计X轴向上的加速度值a_x为正，且满足a_x≤1/9g，可以根据该加速度值判定此刻机器人的状态既不属于站立姿态也不属于前倒状态，则规定其处于一过渡状态，且在该状态中，机器人是有可能发生向前跌倒的。同理，若加速度计采集到的X轴向上的值a_x为负，且满足其绝对值|a_x|≤1/9g，可以根据该加速度值判定此刻机器人的状态既不属于站立姿态也不属于后倒状态，即处于过渡状态。

2.若采集到加速度计X轴向上的加速度值a_x为正，且满足1/9g≤a_x≤1/2g，则表明此刻机器人可能发生向前跌倒。同理，若采集到加速度计X轴向上的加速度值a_x为负，且其绝对值且满足1/9g≤|a_x|≤1/2g，则表明此刻机器人可能发生向后跌倒。

3.若采集到加速度计X轴向上的加速度值a_x为正，且满足a_x≥1/2g，则表明该机器人既满足站立姿态也满足前倒状态，故此刻机器人可能发生向前跌倒。同理，若采集到加速度计X轴向上的加速度值a_x为负，且满足|a_x|≥1/2g，则表明该机器人既满足站立姿态也满足后倒状态，故此刻机器人可能发生向后跌倒。

上述实施方式中，以站立姿态为例详细介绍了通过实时采集下一时刻机器人的加速度状态来判断其可能发生跌倒的情况，即引入第二阈值加速度值来对机器人是否可能发生跌倒进行准确预判，可以对机器人进行有效的保护。同理，当机器人处于倒立姿态的时候，其判断方法和上述站立姿态下可能发生跌倒的情况类似，此处不再详细介绍。若判断机器人不处于上述任意一种可能发生跌倒的情况，则执行步骤S10，继续判断下一时刻所述机器人的运动姿态。

S122，机器人可能发生跌倒。

通过步骤S121中设置第二阈值加速度值，来进一步参与预判机器人是否可能发生跌倒，若满足分别满足上述调节，则可以判定机器人有发生向前或者向后跌倒的可能。

S13，判断陀螺仪在机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值角速率。

由步骤S121中可以得到机器人可能发生跌倒的几种情况，且在步骤S13中，可以进一步结合陀螺仪，测得在机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否达到发生跌倒的预设阈值角速率，其中，该阈值角速率可以根据实际情况具体设置，本申请此处不做进一步限定。

具体来说，当判断机器人处于上述可能发生跌倒情况中的一种，假设该机器人预判为可能向前发生跌倒，则此步骤结合陀螺仪测出机器人可能向前跌倒方向上的角速率是否达到预设的阈值角速率，若达到则进入步骤S14。若判断该机器人可能向前跌倒方向上的角速率未达到预设的阈值角速率，则进入步骤S12继续判断该机器人是否可能发生跌倒。

S14，则执行对应的防护措施。

若在步骤S13中判断机器人在可能发生跌倒的方向上的角速度达到阈值角速率，则可以判定该机器人可能发生跌倒，此时可以控制机器人采取对应的防护措施，假设机器人向后倒则执行后置护手起身动作，如双手撑地，自动爬起来等等。若向前倒则执行前置护手起身动作等，此处本申请此处不做进一步限定。进一步，在机器人执行完对应的防护措施后，预设一时间段，且在所述时间段内机器人不响应任何状态，该时间段可以设置为3秒、5秒、7秒等等，此处不做进一步限定。随后便可进行下一个时刻机器人姿态的循环判断。

上述实施方式中，通过实时采集机器人的加速度值和陀螺仪的角速率值，使得机器人能够在跌倒前准确预判到有跌倒趋势，从而提前采取保护措施，实现对机器人的有效保护。

请参阅图4，图4为本申请机器人跌倒预判装置一实施方式的结构示意图。本申请中装置包括处理器10及存储器11，处理器10连接存储器11。

其中，处理器10用于实时采集机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；根据加速度值判断机器人是否处于站立或倒立姿态；若判断为是，则根据实时采集的加速度值判断所述机器人是否可能发生跌倒；若判断为是，则判断陀螺仪在机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值；若判断为是，则执行对应的防护措施。

其中，处理器10还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器10可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器10还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

上述装置中处理器可分别执行上述方法实施例中对应的步骤，故此处不再赘述，详细请参阅以上对应步骤的说明。

参阅图5，图5为本申请存储装置一实施方式的结构示意图。本申请的存储装置存储有能够实现上述所有方法的程序文件21，其中，该程序文件21可以以软件产品的形式存储在上述存储装置中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储装置包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本申请提供一种机器人跌倒预判的方法、装置及存储装置，通过实时采集机器人的加速度值和陀螺仪的角速率值，使得机器人能够在跌倒前准确预判到有跌倒趋势，从而提前采取保护措施，实现对机器人的有效保护。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims

1.一种机器人跌倒预判的方法，其特征在于，所述方法包括：

实时采集所述机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；

判断所述机器人的所述加速度值的绝对值在特定轴向上是否大于第一加速度阈值，且剩余轴向上的所述加速度值的绝对值小于所述第一加速度阈值；

若判断为是，则所述机器人处于站立或倒立姿态，再判断下一时刻所述机器人的加速度值是否满足第二加速度阈值，其中所述第二加速度阈值小于所述第一加速度阈值；

若判断为是，则所述机器人可能发生跌倒，再判断所述陀螺仪在所述机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值角速率；

若判断为是，则执行对应的防护措施。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若判断下一时刻所述加速度值的绝对值小于所述第二阈值加速度值，则所述机器人处于过渡状态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若判断下一时刻所述加速度值的绝对值大于所述第二阈值加速度值，且小于所述第一阈值加速度，则所述机器人可能发生向前或者向后跌倒。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若判断下一时刻所述加速度值的绝对值大于所述第一阈值加速度值，则所述机器人可能发生向前或者向后跌倒。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若判断所述机器人未处于站立或倒立姿态，则继续判断下一时刻所述机器人的运动姿态。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若判断所述陀螺仪在所述机器人可能发生跌倒方向上的角速率值未到达阈值角速率，则继续判断所述机器人是否可能发生跌倒。

7.一种机器人跌倒预判的装置，其特征在于，所述装置包括处理器及存储器，所述处理器连接所述存储器；

其中，所述处理器用于实时采集所述机器人的加速度值及陀螺仪的角速率值；判断所述机器人的所述加速度值的绝对值在特定轴向上是否大于第一加速度阈值，且剩余轴向上的所述加速度值的绝对值小于所述第一加速度阈值；若判断为是，则所述机器人处于站立或倒立姿态，再判断下一时刻所述机器人的加速度值是否满足第二加速度阈值，其中所述第二加速度阈值小于所述第一加速度阈值；若判断为是，则所述机器人可能发生跌倒，再判断所述陀螺仪在所述机器人可能发生跌倒方向上的角速率值是否到达阈值；若判断为是，则执行对应的防护措施。

8.一种存储装置，其特征在于，存储有能够实现如权利要求1-6中任一项所述方法的程序文件。