CN111844013B - 机器人步态规划方法、装置、机器人及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人领域，尤其涉及一种机器人步态规划方法、装置、机器人及计算机可读存储介质。所述方法包括：获取预设的传感器采集的反馈力；根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置，进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动，大幅提高了双足机器人在不平路面行走的速度和稳定性。

Description

机器人步态规划方法、装置、机器人及存储介质

技术领域

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人步态规划方法、装置、机器人及计算机可读存储介质。

背景技术

双足机器人在不平路面上的步态规划问题，是制约双足机器人走向实用的关键问题。传统的步态规划方法需要通过摄像头或激光雷达测量得到地面的高度和姿态信息，从而来完成下一步的规划。这种方法的缺点比较突出，一是对摄像头或激光雷达的精度要求较高，需要摄像头或激光雷达能够测量精确的地面高度和姿态，费用极为高昂；二是机器人行走过程中躯干会有晃动，所以测量的时候需要机器人保持站立状态不动来保证测量精度，从而大大限制了双足机器人在不平路面上的行走速度和稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机器人步态规划方法、装置、机器人及计算机可读存储介质，以解决现有技术需要依赖于高精度的摄像头或激光雷达，从而导致费用高昂以及速度和稳定性受限的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种机器人步态规划方法，可以包括：

获取预设的传感器采集的反馈力，所述传感器设置在机器人的足底部位；

根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；

若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；

根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；

将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置；

对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。

进一步地，所述根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置包括：

根据所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息分别确定第一坐标系和第二坐标系在预设的世界坐标系中的位置，所述第一坐标系为所述机器人的摆动腿的足底坐标系，所述第二坐标系为所述机器人的支撑腿的足底坐标系；

根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_l,roll_l,pitch_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_r,roll_r,pitch_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_ref为预设的常数，ω为预设的系数，且0<ω<1，

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置。

进一步地，所述根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置包括：

根据下式分别计算所述足底部位在各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。

进一步地，所述将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置包括：

根据下式计算所述参考位置的变化量：

其中，F_ref为所述参考力，F_fb为所述反馈力，K为预设的弹性系数，b为预设的阻尼系数，s为预设的频域参数，X_d为所述参考位置的变化量；

将所述参考位置的变化量叠加到所述参考位置上，得到所述更新后的参考位置。

进一步地，所述根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态包括：

判断所述反馈力在z轴方向上的力分量是否大于预设的阈值；

若所述反馈力在z轴方向上的力分量大于所述阈值，则判定所述机器人处于双足支撑状态；

若所述反馈力在z轴方向上的力分量小于或等于所述阈值，则判定所述机器人处于单足支撑状态。

本发明实施例的第二方面提供了一种机器人步态规划装置，可以包括：

反馈力获取模块，用于获取预设的传感器采集的反馈力，所述传感器设置在机器人的足底部位；

支撑状态确定模块，用于根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；

平衡位置确定模块，用于若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；

参考位置计算模块，用于根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；

阻抗控制模块，用于将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置；

运动控制模块，用于对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。

进一步地，所述平衡位置确定模块可以包括：

坐标系位置确定单元，用于根据所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息分别确定第一坐标系和第二坐标系在预设的世界坐标系中的位置，所述第一坐标系为所述机器人的摆动腿的足底坐标系，所述第二坐标系为所述机器人的支撑腿的足底坐标系；

平衡位置确定单元，用于根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_l,roll_l,pitch_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_r,roll_r,pitch_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_ref为预设的常数，ω为预设的系数，且0<ω<1，

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置。

进一步地，所述参考位置计算模块具体用于根据下式分别计算所述足底部位在各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。

进一步地，所述阻抗控制模块可以包括：

变化量计算单元，用于根据下式计算所述参考位置的变化量：

其中，F_ref为所述参考力，F_fb为所述反馈力，K为预设的弹性系数，b为预设的阻尼系数，s为预设的频域参数，X_d为所述参考位置的变化量；

位置更新单元，用于将所述参考位置的变化量叠加到所述参考位置上，得到所述更新后的参考位置。

进一步地，所述支撑状态确定模块可以包括：

阈值判断单元，用于判断所述反馈力在z轴方向上的力分量是否大于预设的阈值；

第一判定单元，用于若所述反馈力在z轴方向上的力分量大于所述阈值，则判定所述机器人处于双足支撑状态；

第二判定单元，用于若所述反馈力在z轴方向上的力分量小于或等于所述阈值，则判定所述机器人处于单足支撑状态。

本发明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，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以上任一种机器人步态规划方法的步骤。

本发明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，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现以上任一种机器人步态规划方法的步骤。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例首先获取预设的传感器采集的反馈力，并根据所述反馈力确定机器人的支撑状态，若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置，然后根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置，并将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置，最后对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。通过本发明，机器人可以在连续行走的过程中，只使用惯性测量单元和关节码盘反馈的信息，规划出当前地形下机器人新的平衡位置和对应的足底阻抗控制器输入，算法简单，计算速度快，而且不需要增加额外的高精度摄像头或激光雷达等设备，降低了费用，同时还可以使机器人能够应对地面高度和姿态变化较大的情况，可以大幅提高双足机器人在不平路面行走的速度和稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器人步态规划方法的示意流程图；

图2为足底坐标系的示意图；

图3为机器人落地之后的调节过程的示意图；

图4为阻抗控制过程的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种机器人步态规划装置的示意框图；

图6是本发明实施例提供的一种机器人的示意框图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，是本发明实施例提供的一种机器人步态规划方法的示意流程图，所述方法可以包括：

步骤S101、获取预设的传感器采集的反馈力。

所述传感器设置在机器人的足底部位，优选地，可以将所述传感器设置在所述机器人的脚板与脚踝的连接处。优选地，所述传感器可以为六维力传感器，能够同时检测图2所示的足底坐标系中三维空间的全力信息，即在三个坐标轴方向上的力分量以及力矩分量。在本实施例中，需要使用到在x轴、y轴方向上的力矩分量以及在z轴方向上的力分量这三个分量，将这三个分量组合为一个三维向量，即为所述反馈力，将其表示为F_fb。

步骤S102、根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态。

一般地，可以通过判断所述反馈力在z轴方向上的力分量是否大于预设的阈值来确定所述机器人的支撑状态，若所述反馈力在z轴方向上的力分量大于所述阈值，则判定所述机器人处于双足支撑状态，若所述反馈力在z轴方向上的力分量小于或等于所述阈值，则判定所述机器人处于单足支撑状态。所述阈值可以根据实际情况进行设置，本实施例对此不作具体限定。

步骤S103、若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置。

图3所示为机器人落地之后的调节过程，图中C_w表示预设的世界坐标系，C_t表示躯干坐标系，C_l表示所述机器人的摆动腿的足底坐标系(以下称为第一坐标系)，C_r表示所述机器人的支撑腿的足底坐标系(以下称为第二坐标系)。其中，C_w与C_r的原点重合。以左腿作为摆动腿为例，当机器人摆动腿落地之后，由于预设在足底部位的阻抗控制器的作用，可以保证双脚与地面贴合，但并不能保证机器人躯干平衡，机器人会出现如图3(a)所示的上身倾斜的情况。此时，根据机器人中的所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息，可以分别确定所述躯干坐标系、所述第一坐标系和所述第二坐标系在所述世界坐标系中的位置。

此处将所述躯干坐标系在所述世界坐标系中的位置记为：(x_t,y_t,z_t,roll_t,pitch_t,yaw_t)，所述第一坐标系在所述世界坐标系中的位置记为：(x_l,y_l,z_l,roll_l,pitch_l,yaw_l)，所述第二坐标系在所述世界坐标系中的位置记为：(x_r,y_r,z_r,roll_r,pitch_r,yaw_r)，x_t,y_t,z_t,roll_t,pitch_t,yaw_t分别为所述躯干坐标系在所述世界坐标系中的x轴、y轴、z轴上的坐标以及滚转角、俯仰角和偏航角，x_l,y_l,z_l,roll_l,pitch_l,yaw_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的x轴、y轴、z轴上的坐标以及滚转角、俯仰角和偏航角，x_r,y_r,z_r,roll_r,pitch_r,yaw_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的x轴、y轴、z轴上的坐标以及滚转角、俯仰角和偏航角，由于所述第二坐标系与所述世界坐标系的原点重合，所以x_r,y_r,z_r均为零。

期望的机器人平衡状态如图3(c)所示，在图3(c)的状态下，可以根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_ref为预设的常数，该常数即为机器人行走过程中腰部距离地面的竖直高度，ω为预设的系数，且0<ω<1，其取值可以根据具体情况进行设置，例如，可以将其设置为0.3、0.4、0.7等，在本实施例中，优选将其设置为0.5。

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置。上述位置可以保证机器人腰部到两个腿的足底坐标系原点，在所述世界坐标系的z轴方向距离的平均值保持不变，恒为z_ref。

步骤S104、根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置。

由于阻抗控制器的参考位置给定不能够突变，所以要设计从图3(a)到图3(c)的过度过程，这一过度过程所需的时间即为所述过渡时长，其具体取值可以根据实际情况进行设置，此处对其不作具体限定。

在本实施例中，可以根据下式分别计算所述足底部位在所述过渡时长内的各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，t表示从摆动腿落地开始到T的时间变量，0≤t≤T。

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。需要注意的是，在机器人的行走过程中，其支撑腿和摆动腿是在不断的交替变化的，例如，机器人首先抬起左腿迈步，则左腿为摆动腿，右腿为支撑腿，接着，左腿落地，右腿迈步，则左腿为支撑腿，右腿为摆动腿，不断重复以上过程。因为当前的支撑腿在上一次作为摆动腿落地时，已经完成了x轴和y轴方向的旋转参考位置的调节，所以在这一步中只需要调整z轴方向的直线参考位置。

步骤S105、将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置。

本实施例中在机器人的足底部位设置了阻抗控制器，该阻抗控制器为3维阻抗，分别是在足底坐标系(对于摆动腿，则为所述第一坐标系，对于支撑腿，则为所述第二坐标系)中x轴方向和y轴方向的旋转阻抗，以及z轴方向的直线阻抗。阻抗控制器有两组输入，第一组是x轴方向和y轴方向的旋转参考位置，以及z轴方向的直线参考位置，此处将其表示为3维向量X_ref，也即所述参考位置，容易理解地，

即为所述摆动腿的X_ref在时刻t的取值，

即为所述支撑腿的X_ref在时刻t的取值。第二组是x轴、y轴方向的参考力矩分量和z轴方向的参考力分量，此处将其表示为3维向量F_ref，也即所述参考力。此时，两条腿的参考力均为(0,0,mg/2)，其中，m为机器人的重量，g为重力加速度。

阻抗控制的过程如图4所示，阻抗控制器可以根据下式计算所述参考位置的变化量：

其中，K为预设的弹性系数，b为预设的阻尼系数，s为预设的频域参数，X_d为所述参考位置的变化量。

然后将所述参考位置的变化量叠加到所述参考位置上，即可得到所述更新后的参考位置。

步骤S106、对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。

其中，逆运动学计算已为较成熟的技术，具体可参考现有技术中的详细内容，本实施例对此不再赘述。

按照步骤S104计算得到的各个时刻的参考位置，不断重复步骤S105和步骤S106的过程，即可使机器人会从图3(a)逐步过渡到图3(b)，最后逐步过渡到图3(c)所示的平衡位置。在此之后，原来的支撑腿变为新的摆动腿，而原来的摆动腿变为新的支撑腿，重复图1中的各个步骤，使得机器人可以在不平路面上快速稳定的行走。

需要注意的是，以上主要说明的是在机器人处于双足支撑状态时所述阻抗控制器的调节过程，而机器人处于单足支撑状态时，摆动腿的阻抗控制器的参考力为F_ref＝(0,0,0)，参考位置为X_ref＝(0,0,z_sw(t))，其中，z_sw(t)是机器人行走过程摆动腿和腰的竖直方向距离，z_sw(t)是一个随时间变化的量，在摆动腿开始摆动之前已经规划好了z_sw(t)，在摆动腿将要落地的时刻t_TD，z_sw(t_TD)＝z_ref。支撑腿的阻抗控制器的参考位置为上一步已经计算好的值，不需要改变，参考力为F_ref＝(0,0,mg)。所述阻抗控制器的调节过程仍与图4所示的过程类似，此处不再赘述。

综上所述，本发明实施例首先获取预设的传感器采集的反馈力，并根据所述反馈力确定机器人的支撑状态，若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置，然后根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置，并将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置，最后对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。通过本发明，机器人可以在连续行走的过程中，只使用惯性测量单元和关节码盘反馈的信息，规划出当前地形下机器人新的平衡位置和对应的足底阻抗控制器输入，算法简单，计算速度快，而且不需要增加额外的高精度摄像头或激光雷达等设备，降低了费用，同时还可以使机器人能够应对地面高度和姿态变化较大的情况，可以大幅提高双足机器人在不平路面行走的速度和稳定性。

如图5所示，是本发明实施例提供的一种机器人步态规划装置的示意框图，所述装置可以包括：

反馈力获取模块501，用于获取预设的传感器采集的反馈力，所述传感器设置在机器人的足底部位；

支撑状态确定模块502，用于根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；

平衡位置确定模块503，用于若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；

参考位置计算模块504，用于根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；

阻抗控制模块505，用于将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置；

运动控制模块506，用于对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动。

进一步地，所述平衡位置确定模块可以包括：

坐标系位置确定单元，用于根据所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息分别确定第一坐标系和第二坐标系在预设的世界坐标系中的位置，所述第一坐标系为所述机器人的摆动腿的足底坐标系，所述第二坐标系为所述机器人的支撑腿的足底坐标系；

平衡位置确定单元，用于根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_l,roll_l,pitch_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_r,roll_r,pitch_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_ref为预设的常数，ω为预设的系数，且0<ω<1，

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置。

进一步地，所述参考位置计算模块具体用于根据下式分别计算所述足底部位在各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。

进一步地，所述阻抗控制模块可以包括：

变化量计算单元，用于根据下式计算所述参考位置的变化量：

其中，F_ref为所述参考力，F_fb为所述反馈力，K为预设的弹性系数，b为预设的阻尼系数，s为预设的频域参数，X_d为所述参考位置的变化量；

位置更新单元，用于将所述参考位置的变化量叠加到所述参考位置上，得到所述更新后的参考位置。

进一步地，所述支撑状态确定模块可以包括：

阈值判断单元，用于判断所述反馈力在z轴方向上的力分量是否大于预设的阈值；

第一判定单元，用于若所述反馈力在z轴方向上的力分量大于所述阈值，则判定所述机器人处于双足支撑状态；

第二判定单元，用于若所述反馈力在z轴方向上的力分量小于或等于所述阈值，则判定所述机器人处于单足支撑状态。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置，模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

应理解，上述各个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，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

图6是本发明一实施例提供的机器人的示意框图。如图6所示，该实施例的机器人6包括：处理器60、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述处理器60上运行的计算机程序62。所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各个机器人步态规划方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S106。或者，所述处理器60执行所述计算机程序62时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图5所示模块501至模块506的功能。

示例性的，所述计算机程序62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61中，并由所述处理器60执行，以完成本发明。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62在所述机器人6中的执行过程。

本领域技术人员可以理解，图6仅仅是机器人6的示例，并不构成对机器人6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6还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、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61可以是所述机器人6的内部存储单元，例如机器人6的硬盘或内存。所述存储器61也可以是所述机器人6的外部存储设备，例如所述机器人6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61还可以既包括所述机器人6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储所述计算机程序以及所述机器人6所需的其它程序和数据。所述存储器61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发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/机器人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，在本发明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计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明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电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机器人步态规划方法，其特征在于，包括：

获取预设的传感器采集的反馈力，所述传感器设置在机器人的足底部位；

根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；

若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；

根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；

将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置；

对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动；

所述根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置包括：

根据所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息分别确定第一坐标系和第二坐标系在预设的世界坐标系中的位置，所述第一坐标系为所述机器人的摆动腿的足底坐标系，所述第二坐标系为所述机器人的支撑腿的足底坐标系；

根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_l,roll_l,pitch_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_r,roll_r,pitch_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_ref为预设的常数，ω为预设的系数，且0<ω<1，

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置；

所述根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置包括：

根据下式分别计算所述足底部位在各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。

2.根据权利要求1所述的机器人步态规划方法，其特征在于，所述将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置包括：

根据下式计算所述参考位置的变化量：

其中，F_ref为所述参考力，F_fb为所述反馈力，K为预设的弹性系数，b为预设的阻尼系数，s为预设的频域参数，X_d为所述参考位置的变化量；

将所述参考位置的变化量叠加到所述参考位置上，得到所述更新后的参考位置。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的机器人步态规划方法，其特征在于，所述根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态包括：

判断所述反馈力在z轴方向上的力分量是否大于预设的阈值；

若所述反馈力在z轴方向上的力分量大于所述阈值，则判定所述机器人处于双足支撑状态；

若所述反馈力在z轴方向上的力分量小于或等于所述阈值，则判定所述机器人处于单足支撑状态。

4.一种机器人步态规划装置，其特征在于，包括：

反馈力获取模块，用于获取预设的传感器采集的反馈力，所述传感器设置在机器人的足底部位；

支撑状态确定模块，用于根据所述反馈力确定所述机器人的支撑状态；

平衡位置确定模块，用于若所述机器人处于双足支撑状态，则根据预设的惯性测量单元和关节码盘反馈的信息确定所述足底部位的平衡位置；

参考位置计算模块，用于根据所述平衡位置分别计算所述足底部位在预设的过渡时长内的各个时刻的参考位置；

阻抗控制模块，用于将所述反馈力、所述参考位置和预设的参考力输入到预设的阻抗控制器中进行计算，得到更新后的参考位置；

运动控制模块，用于对所述更新后的参考位置进行逆运动学计算，得到所述机器人各个关节的运动角度，并控制所述机器人的各个关节按照所述运动角度进行运动；

所述平衡位置确定模块包括：

坐标系位置确定单元，用于根据所述惯性测量单元和所述关节码盘反馈的信息分别确定第一坐标系和第二坐标系在预设的世界坐标系中的位置，所述第一坐标系为所述机器人的摆动腿的足底坐标系，所述第二坐标系为所述机器人的支撑腿的足底坐标系；

平衡位置确定单元，用于根据下式确定所述足底部位的平衡位置：

其中，z_l,roll_l,pitch_l分别为所述第一坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_r,roll_r,pitch_r分别为所述第二坐标系在所述世界坐标系中的z轴上的坐标以及滚转角和俯仰角，z_ref为预设的常数，ω为预设的系数，且0<ω<1，

为所述摆动腿的足底部位的平衡位置，

为所述支撑腿的足底部位的平衡位置；

所述参考位置计算模块具体用于根据下式分别计算所述足底部位在各个时刻的参考位置：

其中，T为所述过渡时长，

为所述摆动腿的足底部位在时刻t的参考位置，

为所述支撑腿的足底部位在时刻t的参考位置。

5.一种机器人，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3中任一项所述的机器人步态规划方法的步骤。

6.一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3中任一项所述的机器人步态规划方法的步骤。

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