CN113002659A - 双足机器人的姿态测量方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种双足机器人的姿态测量方法、装置、设备及存储介质，涉及双足机器人技术领域。该方法包括：计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；根据第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵，计算腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵；根据位置变换矩阵和着地时刻支撑脚的位置，计算腾空脚在着地时刻的第一位置；根据第一位置，计算着地时刻双足机器人的位姿参数，应用本申请实施例，实现了可以根据腾空脚在着地时刻的第一位置作为下一步运动状态记录的支撑脚的位置，进而可以基于该计算得到支撑脚的位置计算得到着地时刻双足机器人的位姿参数，减少测量误差，得到较为准确的位姿测量结果。
Description
技术领域
本申请涉及双足机器人技术领域，特别涉及一种双足机器人的姿态测量方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
仿人机器人即模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，被广泛应用在服务、医疗、教育、娱乐等多个领域。
现有的仿人机器人在进行姿态测量时，一般需要通过外部传感器辅助实现平面地形下的自身姿态测量。
但由于现有的测量方法比较简单，因此，将其应用于崎岖地面的姿态测量时存在较大的测量误差。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种双足机器人的姿态测量方法、装置、设备及存储介质，可以测量得到双足机器人较为准确的姿态参数。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种双足机器人的姿态测量方法，包括：
根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；
根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，计算所述腾空脚足端相对所述支撑脚足端的位置变换矩阵；
根据所述位置变换矩阵和所述着地时刻所述支撑脚的位置，计算所述腾空脚在所述着地时刻的第一位置；
根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述方法还包括：
根据所述双足机器人在双足支撑状态的躯干倾角和所述双足支撑状态的预设关节的位置，计算所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正；
根据校正后的所述双足机器人的躯干位置，计算所述双足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正，包括：
计算获取双脚支撑比例；
根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及所述双脚支撑比例，对所述双足机器人的躯干位置进行校正。
在可选的实施方式中，所述计算获取双脚支撑比例，包括：
根据所述双足支撑状态下所述双脚的支撑重量和所述双足机器人的重量，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述计算获取双脚支撑比例，包括：
根据所述双足支撑状态下所述双脚的位置和所述双足机器人的质心位置，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵之前，还包括：
根据所述双足机器人在单足支撑状态的躯干倾角和所述单足支撑状态的预设关节的位置，计算单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
根据所述单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算所述单足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数，包括：
根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述躯干在世界坐标系的位姿矩阵；
根据所述躯干在世界坐标系中的位姿矩阵和所述双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取所述着地时刻所述其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵。
第二方面，本发明提供一种双足机器人的姿态测量装置，包括：
第一计算模块，用于根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；
第二计算模块，根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，计算所述腾空脚足端相对所述支撑脚足端的位置变换矩阵；
位置计算模块，根据所述位置变换矩阵和所述着地时刻所述支撑脚的位置，计算所述腾空脚在所述着地时刻的第一位置；
位姿参数计算模块，根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述第一计算模块，还用于根据所述双足机器人在双足支撑状态的躯干倾角和所述双足支撑状态的预设关节的位置，计算所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
所述位姿参数计算模块，还用于根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正；
根据校正后的所述双足机器人的躯干位置，计算所述双足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块，具体用于计算获取双脚支撑比例；
根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及所述双脚支撑比例，对所述双足机器人的躯干位置进行校正。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块，具体用于根据所述双足支撑状态下所述双脚的支撑重量和所述双足机器人的重量，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块，具体用于根据所述双足支撑状态下所述双脚的位置和所述双足机器人的质心位置，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述第一计算模块，还用于根据所述双足机器人在单足支撑状态的躯干倾角和所述单足支撑状态的预设关节的位置，计算单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
根据所述单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算所述单足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块，具体用于根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述躯干在世界坐标系的位姿矩阵；
根据所述躯干在世界坐标系中的位姿矩阵和所述双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取所述着地时刻所述其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵。
第三方面，本发明提供一种双足机器人的姿态测量设备，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当双足机器人的姿态测量设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如前述实施方式任一所述双足机器人的姿态测量方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如前述实施方式任一所述双足机器人的姿态测量方法的步骤。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供的双足机器人的姿态测量方法、装置、设备及存储介质中，通过根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；根据第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵，计算腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵；根据位置变换矩阵和着地时刻支撑脚的位置，计算腾空脚在着地时刻的第一位置；根据第一位置，计算着地时刻双足机器人的位姿参数，应用本申请实施例，实现了可以根据腾空脚在着地时刻的第一位置作为下一步运动状态记录的支撑脚的位置，进而可以基于该计算得到支撑脚的位置进一步计算得到着地时刻双足机器人的位姿参数，而避免使用规划轨迹时的足端预期位置进行计算，如此，可以减少测量误差，得到较为准确的位姿测量结果。此外，还无需引入额外的传感器，可以降低双足机器人的设计成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的又一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一种双足机器人的姿态测量装置的功能模块示意图；
图7为本申请实施例提供的一种双足机器人的姿态测量设备结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
仿人机器人即模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部，现有的仿人机器人一般使用惯性测量单元(Inertial MeasurementUnit，IMU)和关节角度传感器，通过运动学正解算法计算机器人各个连杆姿态相对于自身某参考点(一般为躯干)的位置，再根据轨迹规划时假定的参考点在世界坐标系下的位置和姿态，确定全身各个连杆在世界坐标系下的位置和姿态。
可以看出，现有的仿人机器人在进行姿态测量时，需要利用自身传感器进行姿态测量，且由于其测量方法比较简单，因此，现有的姿态测量方法只能在平面地形下获得较为准确的自身姿态测量结果，而崎岖地面下，仿人机器人在运动过程中，脚掌与地面容易发生滑动现象，因此，将现有的姿态测量方法应用于崎岖地面下的姿态测量时，将存在较大的测量误差。
有鉴于此，本申请实施例提供一种双足机器人的姿态测量方法，应用该姿态测量方法，无需引入额外的传感器，且将其应用于崎岖地面的姿态测量时，可以减少测量误差。
如下结合多个具体的应用示例，对本申请实施例所提供的一种双足机器人的姿态测量方法进行解释说明。图1为本申请实施例提供一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S101、根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵。
双足机器人运动过程中，脚掌交替抬起落下，双脚依次作为支撑脚与腾空脚交替运动，根据双足机器人的双足状态，双足机器人运动过程可以分为：单足支撑状态、腾空脚着地时刻以及双足支撑状态，可以理解的是，双足机器人运动过程中，一个完成的运动状态可以依次包括：双足支撑状态、单足支撑状态、腾空脚着地时刻以及双足支撑状态。
其中，双足机器人在腾空脚着地时刻，可以根据该着地时刻的躯干倾角和该着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵，可选地，对于躯干倾角来说，可以在每个控制周期，通过陀螺仪检测得到躯干倾角，对于预设关节的位置来说，可以在每个控制周期，通过关节编码器检测得到预设关节的位置，其中，预设关节的位置也即计算第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵所需的关节的位置。可选地，计算第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵时，可以通过运动学正解计算得到。
S102、根据第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵，计算腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵。
可以理解的是，由于第一位姿变换矩阵是着地时刻腾空脚足端到躯干的位姿变换矩阵，第二位姿变换矩阵是着地时刻支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵，因此，根据这两个矩阵，可以进一步计算得到腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵。
示例地，记第一位姿变换矩阵为Tswing_1，第二位姿变换矩阵为Tstance_1，腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵为Tst_sw_1，则Tst_sw_1可以表示为Tst_sw_1＝Tswing_1 -1Tstance_1，其中，Tswing_1 -1表示Tswing_1的逆矩阵。
S103、根据位置变换矩阵和着地时刻支撑脚的位置，计算腾空脚在着地时刻的第一位置。
可选地，着地时刻支撑脚的位置可以是着地时刻支撑脚在世界坐标系中的位置，其中，世界坐标系中原点为机器人处于初始状态时机器人腰部坐标系原点的铅垂线与地面的交点，x轴指向前方，y轴指向右边，z轴指向上方。
在得到上述位置变换矩阵后，则可以根据该位置变换矩阵和着地时刻支撑脚的位置，进一步计算腾空脚在着地时刻的第一位置，可选地，腾空脚在着地时刻的第一位置可以是着地时刻腾空脚在世界坐标系中的位置，但不以此为限，当然，也可以是在其他坐标系中的位置。
示例地，记位置变换矩阵为Tst_sw_1，支撑脚的位置为Pstance_1，腾空脚在着地时刻的第一位置为Pswing_1，则Pswing_1可以表示为Pswing_1＝Tst_sw_1Pstance_1。
S104、根据第一位置，计算着地时刻双足机器人的位姿参数。
其中，着地时刻双足机器人的位姿参数可以表征着地时刻双足机器人各个连杆在世界坐标系的位置和姿态，该位姿参数可以用矩阵表示，比如可以用齐次矩阵表示，但不以此为限。
可以理解的是，双足机器人在腾空脚着地时刻，腾空脚着地之后将变成支撑脚，因此，可以将腾空脚在着地时刻的第一位置，作为下一步运动状态记录的支撑脚的位置，进而可以基于该计算得到支撑脚的位置进一步计算得到着地时刻双足机器人的位姿参数，而避免使用规划轨迹时的足端预期位置进行计算，如此，可以减少测量误差，得到较为准确的位姿测量结果。
综上，本申请实施例提供的双足机器人的姿态测量方法，通过根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；根据第一位姿变换矩阵和第二位姿变换矩阵，计算腾空脚足端相对支撑脚足端的位置变换矩阵；根据位置变换矩阵和着地时刻支撑脚的位置，计算腾空脚在着地时刻的第一位置；根据第一位置，计算着地时刻双足机器人的位姿参数，应用本申请实施例，实现了可以根据腾空脚在着地时刻的第一位置作为下一步运动状态记录的支撑脚的位置，进而可以基于该计算得到支撑脚的位置进一步计算得到着地时刻双足机器人的位姿参数，而避免使用规划轨迹时的足端预期位置进行计算，如此，可以减少测量误差，得到较为准确的位姿测量结果。此外，还无需引入额外的传感器，可以降低双足机器人的设计成本。
图2为本申请实施例提供一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图，可选地，如图2所示，上述方法还包括：
S201、根据双足机器人在双足支撑状态的躯干倾角和双足支撑状态的预设关节的位置，计算双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵。
基于上述说明，可以理解的是，运动过程中，双足机器人在腾空脚着地时刻将切换为双足支撑状态下，其中，在双足支撑状态下，可以计算双脚足端到躯干的位姿变换矩阵，具体计算过程可参见前述着地时刻位姿变换矩阵的相关说明，本申请在此不再赘述。
S202、根据双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对双足机器人的躯干位置进行校正。
S203、根据校正后的双足机器人的躯干位置，计算双足支撑状态下双足机器人的位姿参数。
可选地，双足支撑状态下双脚的位置可以是双足支撑状态下双脚在世界坐标系中的位置，其中，该双脚的位置可以根据运动过程中所记录的位置确定。可以理解的是，崎岖地面上，双脚进行支撑时，脚掌可能发生滑动现象，此时躯干位置将发生变化，因此，若不进行校正，直接获取双足机器人的位姿矩阵将存在较大的测量误差。因此，在双足支撑状态下，可以根据双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对双足机器人的躯干位置进行校正，进而根据校正后的双足机器人的躯干位置，计算双足支撑状态下双足机器人的位姿参数时，可以得到较为准确的位姿参数。其中，关于位姿参数的说明，可参见前述的相关说明，本申请在此不再赘述。
图3为本申请实施例提供的又一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图。可选地，如图3所示，上述根据双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对双足机器人的躯干位置进行校正，可以包括：
S301、计算获取双脚支撑比例。
S302、根据双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及双脚支撑比例，对双足机器人的躯干位置进行校正。
可以理解的是，运动过程中，双足机器人在双足支撑状态下若某支撑脚有滑动，则双足机器人的躯干将依据双脚支撑比例进行倾斜，此时，双足机器人的躯干位置也将发生变化。因此，在双足支撑状态下获取到双脚支撑比例后，可以根据双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及该双脚支撑比例，对双足机器人的躯干位置进行校正，使得通过校正，即使在崎岖地面上，仍然可以得到较为准确的双足机器人的躯干位置，进而可以测量获得较为准确的位姿参数，提高双足机器人在不同场景下的适用性。
可选地，上述计算获取双脚支撑比例，包括：
根据双足支撑状态下双脚的支撑重量和双足机器人的重量，分别计算双脚支撑比例，或，根据双足支撑状态下双脚的位置和双足机器人的质心位置，分别计算双脚支撑比例。
其中，双脚支撑比例的取值可以是0～1之间的任意数，计算双脚支撑比例时，可以根据双脚的支撑重量和双足机器人的重量进行计算，又或者，可以根据双脚的位置和双足机器人轨迹规划的质心位置进行计算，在此不作限定。可选地，双脚的支撑重量可以根据机器人脚底的预设重量传感器采集获取，双脚的位置可以根据陀螺仪传感器、关节编码器等配合获取，在此不作限定。
如下结合多个具体的应用示例对双脚支撑比例的计算过程进行说明，示例地，为了在双足支撑状态下对双脚进行区分，可以根据腾空脚着地前双足机器人各脚的状态标记双脚，可以理解的是，此时，可以记双足机器人中双脚分别为腾空脚和支撑脚，分别获取双足支撑状态下腾空脚的支撑重量mswing_2和支撑脚的支撑重量mstance_2，以及双足机器人的重量M，此时，根据该重量即可得到支撑脚的支撑比例w1＝mstance_2/M，腾空脚的支撑比例w2＝mswing_2/M。
示例地，一种可选地实施方式中，参见上述说明，将双足机器人的双脚分别标记为腾空脚和支撑脚，则可以根据腾空脚的位置、支撑脚的位置、双足机器人的质心位置，分别计算双脚支撑比例。可选地，若确定双足机器人的质心位置位于腾空脚的正上方，则支撑脚的支撑比例w1和腾空脚的支撑比例w2可以分别为0和1；若确定双足机器人的质心位置位于支撑脚的正上方，则支撑脚的支撑比例w1和腾空脚的支撑比例w2可以分别为1和0；若确定双足机器人的质心位置位于支撑脚和腾空脚正中间，则支撑脚的支撑比例w1和腾空脚的支撑比例w2可以均为0.5，根据双足机器人的质心位置的不同，可以对应不同的双脚支撑比例，本申请在此不作限定。
基于上述说明，确定了双脚支撑比例之后，则可参见下述的公式进一步计算校正后的双足机器人的躯干位置：Ptorso_2＝w1Tstance_2Pstance_2+w2Tswing_2Pswing_2，其中，Ptorso_2表示双足支撑状态下校正后的双足机器人的躯干位置，w1表示双足支撑状态下支撑脚的支撑比例，Tstance_2表示双足支撑状态下支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵，Pstance_2表示双足支撑状态下支撑脚在世界坐标系的位置，w2表示双足支撑状态下腾空脚的支撑比例，Tswing_2表示双足支撑状态下腾空脚足端到躯干的位姿变换矩阵，Pswing_2表示双足支撑状态下腾空脚在世界坐标系的位置。
综上，在双足支撑状态下，本申请实施例通过双脚支撑比例对双足机器人的躯干位置进行校正，通过校正，使得双足机器人的脚掌有滑动时，仍然可以获得双足机器人较为准确的位姿参数。
图4为本申请实施例提供的另一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图。可选地，如图4所示，上述根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵之前，还包括：
S401、根据双足机器人在单足支撑状态的躯干倾角和单足支撑状态的预设关节的位置，计算单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵。
可以理解的是，运动过程中，双足机器人可以从单足支撑状态切换为腾空脚着地时刻，其中，在单足支撑状态下，可以计算单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵，具体计算过程可参见前述着地时刻位姿变换矩阵的相关说明，本申请在此不再赘述。
S402、根据单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算单足支撑状态下双足机器人的位姿参数。
其中，单足支撑脚的位置可以是单足支撑脚在世界坐标系中的位置，可选地，单足支撑状态下双足机器人的位姿参数可以表征单足支撑状态下双足机器人的所有连杆在世界坐标系的位置和姿态，该位姿参数可以用齐次矩阵表示，在此不作限定。计算单足支撑状态下双足机器人的位姿参数时，可以根据单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算单足支撑状态下躯干的位置，进而可以根据单足支撑状态下躯干的位置，可以计算单足支撑状态下双足机器人的位姿参数。
示例地，根据单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算单足支撑状态下躯干的位置的过程可以参加下述的公式计算：Ptorso_3＝Tstance_3Pstance_3，其中，Ptorso_3表示单足支撑状态下躯干在世界坐标系的位置，Tstance_3表示表示单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵，Pstance_3单足支撑状态下单足支撑脚在世界坐标系的位置。
图5为本申请实施例提供的又一种双足机器人的姿态测量方法的流程示意图。可选地，如图5所示，上述根据第一位置，计算着地时刻双足机器人的位姿参数，包括：
S501、根据第一位置，计算着地时刻躯干在世界坐标系的位姿矩阵。
S502、根据躯干在世界坐标系中的位姿矩阵和双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取着地时刻其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵。
其中，计算着地时刻双足机器人的位姿参数时，可以根据前述计算得到第一位置，计算得到着地时刻躯干在世界坐标系的位姿矩阵，比如，可以参加下述的公式计算得到：Ptorso_1＝Tstance_1Pstance_1，其中，Ptorso_1表示着地时刻躯干在世界坐标系的位置，Tstance_1表示表示着地时刻单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵，Pstance_1着地时刻单足支撑脚在世界坐标系的位置。可以理解的是，应用本申请实施例，可以在每一着地时刻，将计算得到的第一位置作为“锚点”来计算躯干在世界坐标系的位姿矩阵，而避免使用规划轨迹时的足端预期位置进行计算，从而可以得到较为准确的着地时刻躯干在世界坐标系的位姿矩阵。示例地，规划轨迹时，规划双足机器人以0.3m步幅行走三步，而实际情况下，三步的步幅分别为0.3m、0.25m、0.4m，也即上述第一位置依次为0.3m、0.55m、0.95m，可以看出，实际行走位置与规划位置有一定的误差，而应用本申请实施例，则可以减少该误差，得到较为准确的着地时刻躯干在世界坐标系的位姿矩阵。
在得到着地时刻躯干在世界坐标系的位姿矩阵之后，进一步地，可以根据该位姿矩阵和双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取着地时刻其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵，通过该计算，即可得到着地时刻双足机器人的位置和姿态参数。
其中，可以理解的是，对于双足机器人来说，双足机器人中其他连杆与躯干之间的连接关系是可以知晓的，且可以通过角度传感器(比如，陀螺仪)检测得到躯干倾角，通过关节编码器检测到各个关节位置，因此，双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵是可以获取的。
当然，需要说明的是，对于单足支撑状态、双足支撑状态下双足机器人的位姿参数也可参见着地时刻双足机器人的位姿参数计算获取，本申请在此不再赘述。此外，可以理解的是，由于双足机器人运动过程(比如，行走、奔跑等)是一个连续的过程，因此，基于上述实施例的基础上，本申请可以在双足机器人的腾空脚着地时刻、双足支撑状态下测量得到较为准确的位姿参数，进而在连续运动过程中(比如，连续行走、连续奔跑)可以减少测量误差，获得较为准确的双足机器人的位姿参数。
图6为本申请实施例提供的一种双足机器人的姿态测量装置的功能模块示意图，该装置基本原理及产生的技术效果与前述对应的方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考方法实施例中的相应内容。如图6所示，该姿态测量装置100包括：
第一计算模块110，用于根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；
第二计算模块120，根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，计算所述腾空脚足端相对所述支撑脚足端的位置变换矩阵；
位置计算模块130，根据所述位置变换矩阵和所述着地时刻所述支撑脚的位置，计算所述腾空脚在所述着地时刻的第一位置；
位姿参数计算模块140，根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述第一计算模块110，还用于根据所述双足机器人在双足支撑状态的躯干倾角和所述双足支撑状态的预设关节的位置，计算所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
所述位姿参数计算模块140，还用于根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正；根据校正后的所述双足机器人的躯干位置，计算所述双足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块140，具体用于计算获取双脚支撑比例；根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及所述双脚支撑比例，对所述双足机器人的躯干位置进行校正。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块140，具体用于根据所述双足支撑状态下所述双脚的支撑重量和所述双足机器人的重量，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块140，具体用于根据所述双足支撑状态下所述双脚的位置和所述双足机器人的质心位置，分别计算所述双脚支撑比例。
在可选的实施方式中，所述第一计算模块110，还用于根据所述双足机器人在单足支撑状态的躯干倾角和所述单足支撑状态的预设关节的位置，计算单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵；根据所述单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算所述单足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
在可选的实施方式中，所述位姿参数计算模块140，具体用于根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述躯干在世界坐标系的位姿矩阵；根据所述躯干在世界坐标系中的位姿矩阵和所述双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取所述着地时刻所述其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵。
上述装置用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
图7为本申请实施例提供的一种双足机器人的姿态测量设备结构示意图,该双足机器人的姿态测量设备可以集成于终端设备或者终端设备的芯片，该终端可以是具备图像处理功能的计算设备。如图7所示，该双足机器人的姿态测量设备可以包括：处理器210、存储介质220和总线230，存储介质220存储有处理器210可执行的机器可读指令，当双足机器人的姿态测量设备运行时，处理器210与存储介质220之间通过总线230通信，处理器210执行机器可读指令，以执行上述方法实施例的步骤。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
可选地，本申请还提供一种存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器运行时执行上述方法实施例的步骤。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，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(英文：processor)执行本申请各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双足机器人的姿态测量方法，其特征在于，包括：
根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；
根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，计算所述腾空脚足端相对所述支撑脚足端的位置变换矩阵；
根据所述位置变换矩阵和所述着地时刻所述支撑脚的位置，计算所述腾空脚在所述着地时刻的第一位置；
根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述双足机器人在双足支撑状态的躯干倾角和所述双足支撑状态的预设关节的位置，计算所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正；
根据校正后的所述双足机器人的躯干位置，计算所述双足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵和双脚的位置，对所述双足机器人的躯干位置进行校正，包括：
计算获取双脚支撑比例；
根据所述双足支撑状态下双脚足端到躯干的位姿变换矩阵、双脚的位置以及所述双脚支撑比例，对所述双足机器人的躯干位置进行校正。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算获取双脚支撑比例，包括：
根据所述双足支撑状态下所述双脚的支撑重量和所述双足机器人的重量，分别计算所述双脚支撑比例。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算获取双脚支撑比例，包括：
根据所述双足支撑状态下所述双脚的位置和所述双足机器人的质心位置，分别计算所述双脚支撑比例。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵之前，还包括：
根据所述双足机器人在单足支撑状态的躯干倾角和所述单足支撑状态的预设关节的位置，计算单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵；
根据所述单足支撑状态下单足支撑脚足端到躯干的位姿变换矩阵和单足支撑脚的位置，计算所述单足支撑状态下所述双足机器人的位姿参数。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数，包括：
根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述躯干在世界坐标系的位姿矩阵；
根据所述躯干在世界坐标系中的位姿矩阵和所述双足机器人中其他连杆到躯干的位姿矩阵，计算获取所述着地时刻所述其他连杆在世界坐标系中的位姿矩阵。
8.一种双足机器人的姿态测量装置，其特征在于，包括：
第一计算模块，用于根据双足机器人在腾空脚着地时刻的躯干倾角和所述着地时刻的预设关节的位置，分别计算着地时刻所述腾空脚足端到躯干的第一位姿变换矩阵，和支撑脚足端到躯干的第二位姿变换矩阵；
第二计算模块，根据所述第一位姿变换矩阵和所述第二位姿变换矩阵，计算所述腾空脚足端相对所述支撑脚足端的位置变换矩阵；
位置计算模块，根据所述位置变换矩阵和所述着地时刻所述支撑脚的位置，计算所述腾空脚在所述着地时刻的第一位置；
位姿参数计算模块，根据所述第一位置，计算所述着地时刻所述双足机器人的位姿参数。
9.一种双足机器人的姿态测量设备，其特征在于，包括：处理器、存储介质和总线，所述存储介质存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当双足机器人的姿态测量设备运行时，所述处理器与所述存储介质之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1-7任一所述双足机器人的姿态测量方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一所述双足机器人的姿态测量方法的步骤。
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