CN110948477A - 一种机器人及其动作优化方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种机器人的动作优化方法包括：当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。使得切换前后的速度能够通过三次样条曲线拟合得以连续，减少动作出现抖动的可能性，有利于提高切换动作的流畅度。

Description

一种机器人及其动作优化方法和装置

技术领域

本申请属于机器人领域，尤其涉及一种机器人及其动作优化方法和装置。

背景技术

机器人的手臂或其它肢体部位动作，可以有效的增加机器人与人交流的流畅度，或者增加机器人讲解时的表达效果，因此，机器人手壁等肢体部位的动作控制至关重要。

目前，机器人手臂运动一般是通过对关键点的拟合与插值进行控制，也就是说每个关节的每组动作都由关键点采用拟合的方法拟合出关节曲线，然后根据关节曲线进行插值。通过下发关节位置速度模式，以控制每个关节的旋转，在没有动作控制时每个关节处于闲时释放状态拥有较高阻尼，可以较好的完成机器人的舞蹈、闲聊或者讲解动作。

但是，一旦机器人收到中断信息，比如语言打断、关节过流保护或电子皮肤受到碰触时，需要中断当前关节运动，并执行下个关节动作或者控制关节复位。由于机器人在收到停止指令后，手臂仍然存在运行速度，收到停止指令后手臂关节需要进行急速减速，导致手臂运动抖动严重，机器人动作与动作之间衔接较为生硬。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机器人及其动作优化方法和装置，以解决现有技术中的机器人在受到打断时，容易导致手臂抖动，使得机器人动作与动作之间衔接较为生硬的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种机器人的动作优化方法，所述机器人的动作优化方法包括：

当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能实现方式中，所述根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数的步骤包括：

根据第一位置、第二位置、第一速度、第二速度，代入三次样条曲线函数s(u)＝au^3+bu^2+cu+d，计算三次样条曲线的参数，得到三次样曲线，其中：第一速度为所述三次样条曲线函数在第一位置处的一阶导数，第二速度为所述三次样条曲线函数在第二位置处的一阶导数，a，b，c，d为三次样条曲线的参数，s(u)为在时间u时关节所对应的位置。

结合第一方面，在第一方面的第二种可能实现方式中，在所述获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度的步骤之后，所述方法还包括：

根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定由第一位置切换至第二位置的衔接时间。

结合第一方面，在第一方面的第三种可能实现方式中，在所述当接收到机器人动作的打断指令的步骤之前，所述方法还包括：

在机器人执行动作时，判断是否需要中止当前动作并执行下一动作，或者是否需要中止当前动作并进行复位；

如果需要中止当前动作并执行下一动作或进行复位，则认为接收到机器人动作的打断指令。

结合第一方面、第一方面的第一种可能实现方式、第一方面的第二种可能实现方式或第一方面的第三种可能实现方式，在第一方面的第四种可能实现方式中，所述第一位置和第二位置包括机器人手臂的角度。

本申请实施例的第二方面提供了一种机器人的动作优化装置，所述机器人的动作优化装置包括：

数据获取单元，用于当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

计算单元，用于根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

切换单元，用于根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

结合第二方面，在第二方面的第一种可能实现方式中，所述计算单元用于：

根据第一位置、第二位置、第一速度、第二速度，代入三次样条曲线函数s(u)＝au^3+bu^2+cu+d，计算三次样条曲线的参数，得到三次样曲线，其中：第一速度为所述三次样条曲线函数在第一位置处的一阶导数，第二速度为所述三次样条曲线函数在第二位置处的一阶导数，a，b，c，d为三次样条曲线的参数，s(u)为在时间u时关节所对应的位置。

结合第二方面，在第二方面的第二种可能实现方式中，所述装置还包括：

衔接速度确定单元，用于根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定由第一位置切换至第二位置的衔接时间。

本申请实施例的第三方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述机器人的动作优化方法的步骤。

本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述机器人的动作优化方法的步骤。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：当机器人接收到动作的打断指令时，获取被打断的动作当前的关节的第一位置，以及第一位置所对应的第一速度，根据所述打断指令，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置，以及第二位置对应的第二速度，并根据第一位置、第二位置、第一速度和第二速度计算打断指令所对应的三次样条曲线函数，根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换，从而使得切换前后的速度能够通过三次样条曲线拟合得以连续，减少动作出现抖动的可能性，有利于提高切换动作的流畅度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种机器人的动作优化方法的实现流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种被打断后执行新动作的示意图；

图3是本申请实施例提供的一种被打断后复位的示意图；

图4是本申请实施例提供的一种机器人的动作优化装置的示意图；

图5是本申请实施例提供的机器人的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1为本申请实施例提供的一种机器人动作优化方法的实现流程示意图，详述如下：

在步骤S101中，当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

具体的，所述机器人动作的打断指令，可以根据机器人当前的动作状态、以及接收的动作指令的切换时间确定。或者，所述机器人动作的打断指令，也可以根据指令类型进行检测，比如可以设定动作打断指令的集合，如果当前接收的机器人动作指令属于所述打断指令的集合中的一种，则判断当前接收的指令为机器人动作的打断指令。

根据机器人当前的动作状态及接收的动作指令的切换时间确定是否为打断指令时，可以包括：

1.1在机器人执行动作时，判断是否需要中止当前动作并执行下一动作，或者是否需要中止当前动作并进行复位；

1.2如果需要中止当前动作并执行下一动作或进行复位，则认为接收到机器人动作的打断指令。

比如，机器人处于舞蹈模式、闲聊模式或者讲解模式时，机器人的手臂等肢体部位处于运动状态，当机器人受到外来的干扰，比如闲聊对象或讲解对象的说话打断、或者其它对象对机器人电子皮肤的接触等，使得机器人需要终止当前动作，使得机器人根据打断指令，终止当前动作并进入到下一动作，或者进入复位状态。

其中，所述第一位置为接收到打断指令时，机器人的肢体部位所在的位置，可以为机器人手臂的关节的位置。所述位置可以为旋转角度。所述第一速度为所述机器人在肢体部位在第一位置时所对应的速度，所述第一速度可以为关节关节的角速度。

所述第二位置为接收到的打断指令所需要执行的新动作的第一个点的位置，或者为打断后复位的位置，可以为机器人的关节的角度。所述第二速度为所述机器人肢体部位处于第二位置时对应的速度。当机器人接收到打断指令而处于复位状态时，第二速度则为设定的复位角度。

在步骤S102中，根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

根据第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，可以计算打断指令对应的三次样条曲线函数，具体计算过程简述如下：

比如图2所示，假设在第一时间u0，机器人的关节处于第一位置，即图中的手臂执行到第八个点的位置(s(u0)的角度为140度)时，此时对应的第一速度为s’(u0)。当在第二时间u1接收到打断指令，手臂由动作一切换至动作二，此时，手臂的关节的第二位置的角度为20度，对应的第二速度为s’(u1)。将上述第一时间的第一位置和第一速度，以及第二时间的第二位置和第二速度代入上述三次样条曲线函数，从而求解得到三次样条曲线函数的参数a，b，c，d，根据所述参数即可确定三次样条曲线函数。

当打断指令为使机器人恢复于复位状态时，如图3所示，假设关节复位的位置为80度。所述打断指令发生在初始动作执行至第8个点的位置，获取该位置的角度和第一速度，并且根据复位的角度为80度，复位的第二速度为0，将其代入到三次样条曲线函数中，计算得到参数后，即可确定三次样条曲线。

在步骤S103中，根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

在确定好三次样条曲线函数的参数后，可以根据所述三次样条曲线函数对应的曲线，控制机器人按照该曲线进行拟合，控制机器人按照该曲线进行运动。由于拟合后的曲线使得打断前的第一动作和打断后的第二动作之间的速度能够具有连续性，因此，可以有效的减少机器人因受打断时所产生的抖动，有利于提高机器人动作的流畅度。

另外，作为本申请优选的一种实施方式中，还可以根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定机器人由第一位置切换至第二位置的衔接时间。比如，第一位置为20度，第二位置为60度，设定的速度，或者最佳速度为20度/秒时，那么衔接时间＝(60-20)/20＝2秒。其中，所述设定的速度可以预先设定，也可以根据第一速度和第二速度计算得到，比如可以取第一速度和第二速度的平均值等。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

图4为本申请实施例提供的一种机器人的动作优化装置的结构示意图，详述如下：

所述机器人的动作优化装置，包括：

数据获取单元401，用于当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

计算单元402，用于根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

切换单元403，用于根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

优选的，所述计算单元用于：

根据第一位置、第二位置、第一速度、第二速度，代入三次样条曲线函数s(u)＝au^3+bu^2+cu+d，计算三次样条曲线的参数，得到三次样曲线，其中：第一速度为所述三次样条曲线函数在第一位置处的一阶导数，第二速度为所述三次样条曲线函数在第二位置处的一阶导数，a，b，c，d为三次样条曲线的参数，s(u)为在时间u时关节所对应的位置。

优选的，所述装置还包括：

衔接速度确定单元，用于根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定由第一位置切换至第二位置的衔接时间。

图4所述机器人的动作优化装置，与图1所述的机器人的动作优化方法对应。

图5是本申请一实施例提供的机器人的示意图。如图5所示，该实施例的机器人5包括：处理器50、存储器51以及存储在所述存储器51中并可在所述处理器50上运行的计算机程序52，例如机器人的动作优化程序。所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各个机器人动作优化方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至103。或者，所述处理器50执行所述计算机程序52时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图4所示模块401至403的功能。

示例性的，所述计算机程序52可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器51中，并由所述处理器50执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序52在所述机器人5中的执行过程。例如，所述计算机程序52可以被分割成数据获取单元、计算单元和切换单元，各单元具体功能如下：

数据获取单元，用于当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

计算单元，用于根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

切换单元，用于根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

所述机器人可包括，但不仅限于，处理器50、存储器51。本领域技术人员可以理解，图5仅仅是机器人5的示例，并不构成对机器人5的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机器人还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器50可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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。

所述存储器51可以是所述机器人5的内部存储单元，例如机器人5的硬盘或内存。所述存储器51也可以是所述机器人5的外部存储设备，例如所述机器人5上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器51还可以既包括所述机器人5的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器51用于存储所述计算机程序以及所述机器人所需的其他程序和数据。所述存储器51还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的动作优化方法，其特征在于，所述机器人的动作优化方法包括：

当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

2.根据权利要求1所述的机器人的动作优化方法，其特征在于，所述根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数的步骤包括：

根据第一位置、第二位置、第一速度、第二速度，代入三次样条曲线函数s(u)＝au^3+bu^2+cu+d，计算三次样条曲线的参数，得到三次样曲线，其中：第一速度为所述三次样条曲线函数在第一位置处的一阶导数，第二速度为所述三次样条曲线函数在第二位置处的一阶导数，a，b，c，d为三次样条曲线的参数，s(u)为在时间u时关节所对应的位置。

3.根据权利要求1所述的机器人的动作优化方法，其特征在于，在所述获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度的步骤之后，所述方法还包括：

根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定由第一位置切换至第二位置的衔接时间。

4.根据权利要求1所述的机器人的动作优化方法，其特征在于，在所述当接收到机器人动作的打断指令的步骤之前，所述方法还包括：

在机器人执行动作时，判断是否需要中止当前动作并执行下一动作，或者是否需要中止当前动作并进行复位；

如果需要中止当前动作并执行下一动作或进行复位，则认为接收到机器人动作的打断指令。

5.根据权利要求1-4任一项所述的机器人的动作优化方法，其特征在于，所述第一位置和第二位置包括机器人手臂的角度。

6.一种机器人的动作优化装置，其特征在于，所述机器人的动作优化装置包括：

数据获取单元，用于当接收到机器人动作的打断指令时，获取关节当前的第一位置和第一速度，以及，获取打断后的动作的关节的第一点的第二位置和第二速度；

计算单元，用于根据所述第一位置、第二位置、第一速度和第二速度，计算当前打断指令所对应的三次样条曲线函数；

切换单元，用于根据所述三次样条曲线函数在第一位置和第二位置之间的轨迹进行动作切换。

7.根据权利要求6所述的机器人的动作优化装置，其特征在于，所述计算单元用于：

根据第一位置、第二位置、第一速度、第二速度，代入三次样条曲线函数s(u)＝au^3+bu^2+cu+d，计算三次样条曲线的参数，得到三次样曲线，其中：第一速度为所述三次样条曲线函数在第一位置处的一阶导数，第二速度为所述三次样条曲线函数在第二位置处的一阶导数，a，b，c，d为三次样条曲线的参数，s(u)为在时间u时关节所对应的位置。

8.根据权利要求6所述的机器人的动作优化装置，其特征在于，所述装置还包括：

衔接速度确定单元，用于根据设定的衔接速度，结合所述第一位置和第二位置，确定由第一位置切换至第二位置的衔接时间。

9.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述机器人的动作优化方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述机器人的动作优化方法的步骤。

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