CN113031579B - 双足机器人的行走控制方法、装置及双足机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于人形机器人技术领域，提供了双足机器人的行走控制方法、装置及双足机器人，所述方法包括：确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；根据所述步态周期确定对应的参数；根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。通过上述方法能够使得双足机器人的行走更稳定。
Description
技术领域
本申请属于人形机器人技术领域，尤其涉及双足机器人的行走控制方法、装置、双足机器人及计算机可读存储介质。
背景技术
模仿人的形态和行为而设计、制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。
但现有的具有双足的机器人在各种地形走动时，其可能会出现不稳定的情况。故需要提出一种新的方法以解决上述技术问题。
发明内容
本申请实施例提供了双足机器人的行走控制方法、装置及双足机器人，可以解决现有机器人行走不稳定的问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种双足机器人的行走控制方法，包括：
确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
根据所述步态周期确定对应的参数；
根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。
第二方面，本申请实施例提供了一种双足机器人的行走控制装置，包括：
步态周期确定单元，用于确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
参数确定单元，用于根据所述步态周期确定对应的参数；
参考量确定单元，用于根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
力矩控制量确定单元，用于根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
机器人行走控制单元，用于根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。
第三方面，本申请实施例提供了一种双足机器人，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所述的方法。
第四方面，本申请实施例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所述的方法。
第五方面，本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在终端设备上运行时，使得终端设备执行上述第一方面所述的方法。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
由于根据双足机器人当前所处的步态周期选取对应的参数，而选取的参数与后续确定的用于控制该双足机器人行走的期望力矩控制量有关，即，相当于根据双足机器人当前所处的步态周期确定该双足机器人的期望力矩控制量，因此，能够保证确定的期望力矩控制量更准确，从而使得根据该期望力矩控制量控制的双足机器人行走更稳定。
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。
图1是本申请实施例一提供一种双足机器人的行走控制方法的流程示意图；
图1-1是本申请实施例一提供另一种双足机器人的行走控制方法的流程示意图；
图2是本申请实施例一提供的步态周期划分的示意图；
图3是本申请实施例一提供的不同坐标系下的速度与力的关系示意图；
图4是本申请实施例一提供的不同刚体的坐标系的关系示意图；
图5是本申请实施例二提供一种双足机器人的行走控制装置的结构示意图；
图6是本申请实施例三提供的双足机器人的结构示意图。
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。
应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
实施例一：
用户在使用具有双足的仿人机器人（简称双足机器人）时，都希望该双
足机器人能够稳定的行走，但现有的双足机器人在行走的过程中，其很可能出现不稳定的情况。这是因为当双足机器人的摆动腿与地面接触的瞬间，将受到剧烈增大的地面支反力，从而将造成双足机器人出现不稳定的情况。参加图1-1，为了解决该技术问题，本申请实施例提出了根据双足机器人当前所处的步态周期选取对应的参数，并根据选取的参数确定该双足机器人的参考速度和参考加速度，进而确定力矩控制量，最后根据该期望力矩控制量控制该双足机器人的行走。即通过状态机确定步态周期，进而将确定的参数（如、、/>）等输入控制器，得到对应的参考速度以及参考加速度，再结合逆动力学计算期望力矩控制量，最后将该期望控制量控制双足机器人。
由于根据双足机器人当前所处的步态周期选取对应的参数，而选取的参数与后续确定的力矩控制量有关，即，相当于根据双足机器人当前所处的步态周期确定该双足机器人的期望力矩控制量，因此，能够保证确定的期望力矩控制量更准确，从而使得根据该期望力矩控制量控制的双足机器人行走更稳定。图1示出了本申请实施例提供的双足机器人的行走控制方法的流程图，详述如下：
步骤S11，确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
其中，双足机器人的双足步行状态是指该双足机器人在行走过程中的姿态，比如，其可以分为单腿支撑期（后续称为SSP）和双腿支撑期（后续称为DSP）。当双足机器人的右腿用于支撑，左腿用于摆动时，该双足机器人处于单腿支撑期。
本实施例中，可根据双足机器人的双足的当前姿态以及不同步态周期所对应的姿态确定该双足机器人当前所处的步态周期。此时，在所述步骤S11之前，包括：
预先根据双足机器人的双足步行姿态划分出至少以下步态周期：摆动腿抬脚阶段（后续称为SSP1）、摆动腿腾空阶段（后续称为SSP2）、摆动腿落脚阶段（后续称为SSP3）以及双腿支撑期；
对应地，所述步骤S11具体为：
获取双足机器人的当前姿态，根据所述当前姿态以及预先划分的步态周期确定所述双足机器人当前所处的步态周期。
本实施例中，由于步态周期是根据双足机器人的双足步行姿态划分得到，即不同的步态周期对应不同的步行姿态，从而可根据双足机器人的当前姿态确定出其对应的步态周期。其中，上述的DSP、SSP1、SSP2、SSP3对应的双足的姿态示意图如图2所示。
在一些实施例中，由于预先划分出了双足机器人在行走过程中所包括的所有的步态周期，因此，可根据双足机器人在当前时刻所处的步态周期确定该双足机器人在下一时刻所处的步态周期。比如，若双足机器人在当前时刻所处的步态周期为SSP1，则可推断出该双足机器人在下一时刻所处的步态周期为SSP2（步态周期是从DSP到SSP1，接着到SSP2，再到SSP3）。当然，采用当前时刻所处的步态周期推算下一时刻所处的步态周期是在双足机器人稳步行走过程才会采用的策略，若该双足机器人出现行走不稳定的情况，则不会采用当前时刻所处的步态周期推算下一时刻所处的步态周期，而是根据下一时刻的姿态确定该下一时刻所处的步态周期，以提高确定的步态周期的准确性。
步骤S12，根据所述步态周期确定对应的参数；
具体地，不同步态周期对应不同的参数，例如，若一个步态周期对应至少2个参数时，则不同步态周期对应的参数中至少有一个参数不同。
在一些实施例中，所述参数包括：弹性项、阻尼项、选择矩阵以及足部脚底板作用于环境的期望力；其中，所述选择矩阵的元素用于指示力控制所在的维度和/或位控制所在的维度；
此时，所述步骤S12，包括：
A1、若所述步态周期为摆动腿抬脚阶段，则确定的弹性项大于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
由于摆动腿抬脚阶段是摆动腿离地阶段，其会涉及力和位置的混合控制，此时需要恢复因为摆动腿触地损失的动量，因此摆动腿阻抗参数需要设置弹性项较大且设置阻尼项较小。本实施例中，设置的选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，例如选择矩阵为/>，即z方向为力控制，其余方向为位置控制（其中，/>对应的是一个6维的对角矩阵，分别代表x，y，z，rx，ry，rz，其中，rx，ry，rz可以看成是三个旋转轴；设置的足部脚底板作用于环境的期望力为0，以6维的数值为例，足部脚底板作用于环境的期望力设为。
A2、若所述步态周期为摆动腿腾空阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中仅存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
由于摆动腿腾空阶段不存在需要恢复或吸收与地面接触的力，因此，设置的弹性项和阻尼项较小，比如都设置为0。此外，由于该摆动腿腾空阶段需要精确的位置控制才能保证机器人行走稳定，因此设置选择矩阵为单位阵，。
A3、若所述步态周期为摆动腿落脚阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力不为0；
由于摆动腿落脚阶段需要吸收摆动腿与地面的冲击力，因此阻抗参数需要设置阻尼项较大，设置的选择矩阵为/>，即z方向为力控制，其余方向为位置控制，另外，由于该阶段中双足机器人与地面存在接触，因此，需要使得该双足机器人的/>不为0。在一些实施例中，为了更好地实现对双足机器人的控制，则设置/>与所述双足机器人的重量有关。比如，设置/>，其中，/>为双足机器人的总重量。本实施例中，由于双足机器人处于摆动腿落脚阶段，因此，该/>在z方向的分量小于/>，本实施例中，/>在z方向的分量与/>的一半有关，当然，也可以设置在z方向的分量为/>的其他比值，只需小于/>即可，此处不作限定。
A4、若所述步态周期为双腿支撑期，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力大于所述摆动腿落脚阶段对应的期望力。
具体地，双腿支撑期与摆动腿落脚阶段类似，只是摆动腿变为支撑腿，此时，需要吸收摆动腿与地面的冲击力，阻抗参数需要设置阻尼项较大，设置的选择矩阵为，即z方向为力控制，其余方向为位置控制。本实施例的/>仍与/>有关，但需设置/>在z方向的分量至少大于（1/2）/>，比如设置。
本实施例中，将双足机器人在整个步态周期分为摆动腿抬脚阶段、摆动腿腾空阶段、摆动腿落脚阶段、双腿支撑期，通过分析可知，在摆动腿腾空阶段该双足机器人需要精确的位置控制，而在其他阶段则需要涉及力和位置的混合控制，从而使得控制更合理，进而保证机器人行走更稳定，减少与地面的接触力，保护双足机器人的硬件。
步骤S13，根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
本实施例中，由于双足机器人的行走主要依赖于关节，因此，为了提高后续确定的期望力矩控制量的准确性，需将任务空间的参考速度和参考加速度变换到关节空间的参考速度和参考加速度。此时，所述步骤S13，具体包括：
根据所述参数确定所述双足机器人在任务空间的参考速度和参考加速度；根据所述任务的参考速度和参考加速度确定所述双足机器人在关节空间的参考速度和参考加速度。
具体地，假设混合（包括位控子空间和力控子空间）期望阻抗公式如下公式（1）所示：
（1）
其中，为正对角阵，分别为机械臂期望的惯性矩阵，阻尼项对应的阻尼矩阵和弹性项对应的刚度矩阵，/>和/>分别代表足部脚底板作用于环境的期望力和实际力。
为双足机器人在操作空间的实际运行的距离，/>表示双足机器人在操作空间的实际速度，/>表示双足机器人在操作空间的实际加速度；/>表示双足机器人在操作空间的期望运行的距离，/>表示双足机器人在操作空间的期望速度，/>表示双足机器人在操作空间的期望加速度。即在本申请实施例中，带下标“/>”表示的是“期望”，如/>表示操作空间的期望加速度；不带下标，表示的“实际”，如/>表示操作空间的实际速度，带下标“/>”表示“参考”（后续会出现）。
为了满足不同目标，在位控子空间实现位置轨迹跟踪，在力控子空间实现恒力控制。则上述公式（1）在位控子空间所满足的动态方程为：
（2）
将公式（2）中实际加速度替换为参考加速度（即增加下标“”）时，得到对应的位控子空间的参考加速度为：
（3）
将公式（3）对时间积分，可以得到位控子空间的参考速度：
（4）
其中，。
上述公式（1）在力控子空间所满足的动态方程为：
（5）
将公式（5）中实际加速度替换为参考加速度（即增加下标“”）时，得到对应的力控子空间的参考加速度为：
（6）
将公式（6）对时间进行积分，可以得到力控子空间的参考速度：
（7）
其中，。
将位控子空间和力控子空间的控制律整合成一个新的控制环路，令选择矩阵为，/>用于将任务空间划为位控子空间和力控子空间，当/>时，该维度为位置控制，当/>时，该维度为力控制，则上述位控子空间和力控子空间的参考加速度（上述公式（3）和公式（6））可以合并为：
（8）
将上式（8）对时间进行积分，可以得到任务空间的参考速度为：
（9）
将上述任务空间的参考速度转换为关节空间的参考速度、参考加速度/>：
（10）
（11）
其中，表示雅克比矩阵。
步骤S14，根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
在确定任务空间的参考速度之前，先给出同一刚体中不同坐标系下的速度之间的关系：
如图3所示，在刚体上建立两个坐标系/>和/>，速度分别为/>和/>，受力分别为和/>，其中坐标系/>关于坐标系/>的相对速度（在坐标系/>中的表达）为/>，则有：
（12）
其中，
（13）
进一步地，公式(12)对时间求导，可以得到加速度关系为：
（14）
若两个坐标系固连，则为常矩阵，/>为零，于是有：
（15）
（16）
同理，容易得到两个坐标系处受力的关系为：
（17）
双足机器人的构型通常为串联式，即“连杆-关节-连杆-关节”型的，在这种构型下，如图4所示，建立关节的坐标系为：旋转前坐标系为/>，旋转后坐标系为/>。于是可以建立连杆（即刚体）/>的输入坐标系为关节/>旋转后坐标系/>，连杆（即刚体）/>的输出坐标系为关节/>旋转前坐标系/>；同理，连杆（即刚体）/>的输入坐标系为关节/>旋转后坐标系/>，连杆（即刚体）/>的输出坐标系为关节/>旋转前坐标系/>。
结合上述推导及坐标系定义，得到以下任务空间的参考速度/>的公式（18）：
上述公式（18）中，带上标“^”表示关节旋转前的坐标系下的值，没有带上标“^”表示关节旋转后的坐标系下的值，第一个公式为刚体之间的数据传递，第二个公式为单个刚体的数据转换。其中，为关节（/>+1）旋转前的坐标系和关节/>旋转后的坐标系对应的广义速度变换矩阵，/>其也为常矩阵，/>为旋转矩阵（在坐标系/>中的表示），/>是坐标系/>相对于坐标系/>的位置向量，“/>”表示叉乘运算，例如，假设/>，则/>。/>和/>代表关节/>的类型，若为移动关节则/>，若为旋转关节则/>；，/>，代表关节的驱动轴。当然，对双足机器人来说通常是旋转关节。/>表示关节/>在关节空间的参考速度。上述公式（12）中，初始条件为机器人的腰部坐标系的参考速度已知，即/>，从而推导出各个周期对应的。
根据以下公式（19）得到任务空间的参考加速度：
上述公式（19）中，表示关节/>的在关节空间的参考加速度。初始条件为机器人的腰部坐标系的参考加速度已知，即，/>，从而推导出各个周期对应的。
在得到关节的一个周期的参考速度和参考加速度之后，根据以下公式（20）计算该关节在下一个周期所受到的合力：
需要指出的是，上述的，/>初始条件为足部脚底所受的外力给定，即/>，/>是关节的实际速度，其可以通过公式（18）确定，即没有下标“/>”时得到/>。综上，可知上述公式（20）通过利用上一个周期的参考速度和参考加速度倒推出。上述公式中的/>为选取的/>个动力学参数，其是质量、惯性等组合得到的向量，是一个固定值，其虽然难以测量其精确值，但通过结合自适应律能够得到准确的值，其中，/>为/>的估计值，/>。/>为正定矩阵；/>为正对角矩阵，其是一个误差项系数（不是弹性项对应的刚度矩阵）；/>为与惯性参数无关的回归矩阵，其与位置，速度，加速度以及它们的乘积的组合有关。
从公式（18）得到以及从公式（20）得到/>之后，结合下面的公式（21）得到每个关节的期望力矩控制量：
步骤S15，根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。
具体地，当知道每个期望力矩控制量之后，控制该机器人依据该每个期望力矩控制量的大小进行行走。
本申请实施例中，由于根据双足机器人当前所处的步态周期选取对应的参数，而选取的参数与后续确定的用于控制该双足机器人行走的期望力矩控制量有关，即，相当于根据双足机器人当前所处的步态周期确定该双足机器人的期望力矩控制量，因此，能够保证确定的期望力矩控制量更准确，从而使得根据该期望力矩控制量控制的双足机器人行走更稳定。
在一些实施例中，由于不同地形对机器人的行走产生的阻碍是不同的，因此，为了得到更准确地期望力矩控制量，在所述步骤S12之前，包括：
获取双足机器人当前所处的地形信息；
对应地，所述步骤S12具体为：
根据所述步态周期以及所述双足机器人当前所处的地形信息确定对应的参数。
本实施例中，可结合步态周期以及机器人当前所处的地形信息确定对应的参数。例如，对同一个步态周期来说，当双足机器人所处的地形信息不同时，其对应的参数也很可能不同，这样，通过增加一个维度信息，使得确定的参数更符合实际情况，进而使得确定的期望力矩控制量也更准确。
在一些实施例中，可通过继续增加及其他维度信息提高确定的参数的精确性，例如，增加行走的地形的材质信息等，此处不作限定。
在一些实施例中，可根据实际行走情况对参数进行调整，以进一步提高确定的参数的准确性，此时，在所述步骤S15之后，包括：
B1、获取所述双足机器人在行走过程中的位姿，根据所述位姿确定所述双足机器人的稳定性；
B2、调整不满足要求的稳定性所对应的步态周期的参数。
本实施例中，当双足机器人根据某一步态周期选择的参数确定期望力矩控制量，以及根据确定的期望力矩控制量进行行走之后，获取该双足机器人的位姿，若该位姿表明该双足机器人在行走过程中是稳定的，则不调整该步态周期对应的参数，否则，若该位姿表明该双足机器人在行走过程中是不稳定的，则调整该步态周期对应的参数。通过观察双足机器人在行走过程中的稳定性微调参数，使得调整后的参数更准确，进而保证根据调整后的参数确定的期望力矩控制量也更准确，从而保证该双足机器人行走更稳定。
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。
实施例二：
对应于上文实施例所述的双足机器人的行走控制方法，图5示出了本申请实施例提供的双足机器人的行走控制装置的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
参照图5，该双足机器人的行走控制装置5包括：步态周期确定单元51、参数确定单元52、参考量确定单元53、力矩控制量确定单元54、机器人行走控制单元55，其中：
步态周期确定单元51，用于确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
参数确定单元52，用于根据所述步态周期确定对应的参数；
参考量确定单元53，用于根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
力矩控制量确定单元54，用于根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
机器人行走控制单元55，用于根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。
本申请实施例中，由于根据双足机器人当前所处的步态周期选取对应的参数，而选取的参数与后续确定的用于控制该双足机器人行走的期望力矩控制量有关，即，相当于根据双足机器人当前所处的步态周期确定该双足机器人的力矩控制量，因此，能够保证确定的期望力矩控制量更准确，从而使得根据该期望力矩控制量控制的双足机器人行走更稳定。
在一些实施例中，该双足机器人的行走控制装置5还包括：
步态周期预先划分单元，用于预先根据双足机器人的双足步行姿态划分出至少以下步态周期：摆动腿抬脚阶段、摆动腿腾空阶段、摆动腿落脚阶段以及双腿支撑期；
对应地，所述步态周期确定单元51具体用于：
获取双足机器人的当前姿态，根据所述当前姿态以及预先划分的步态周期确定所述双足机器人当前所处的步态周期。
在一些实施例中，由于预先划分出了双足机器人在行走过程中所包括的所有的步态周期，因此，所述步态周期确定单元51具体用于：根据双足机器人在当前时刻所处的步态周期确定该双足机器人在下一时刻所处的步态周期。
在一些实施例中，所述参数包括：弹性项、阻尼项、选择矩阵以及足部脚底板作用于环境的期望力；其中，所述选择矩阵的元素用于指示力控制所在的维度和/或位控制所在的维度；
此时，所述参数确定单元52包括：
摆动腿抬脚阶段参数确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿抬脚阶段，则确定的弹性项大于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
摆动腿腾空阶段参数确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿腾空阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中仅存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
摆动腿落脚阶段确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿落脚阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力不为0；
在一些实施例中，为了更好地实现对双足机器人的控制，则设置所述足部脚底板作用于环境的期望力与所述双足机器人的重量有关。
双腿支撑期参数确定模块，用于若所述步态周期为双腿支撑期，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力大于所述摆动腿落脚阶段对应的期望力。
在一些实施例中，所述参考量确定单元53具体用于：
根据所述参数确定所述双足机器人在任务空间的参考速度和参考加速度；根据所述任务的参考速度和参考加速度确定所述双足机器人在关节空间的参考速度和参考加速度。
在一些实施例中，由于不同地形对机器人的行走产生的阻碍是不同的，因此，为了得到更准确地期望力矩控制量，该双足机器人的行走控制装置5还包括：
地形信息获取单元，用于获取双足机器人当前所处的地形信息；
对应地，所述参数确定单元52具体用于：
根据所述步态周期以及所述双足机器人当前所处的地形信息确定对应的参数。
在一些实施例中，可通过继续增加及其他维度信息提高确定的参数的精确性，例如，增加行走的地形的材质信息等，此处不作限定。
在一些实施例中，可根据实际行走情况对参数进行调整，以进一步提高确定的参数的准确性，此时，该双足机器人的行走控制装置5还包括：
稳定性确定单元，用于获取所述双足机器人在行走过程中的位姿，根据所述位姿确定所述双足机器人的稳定性；
参数调整单元，用于调整不满足要求的稳定性所对应的步态周期的参数。
需要说明的是，上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本申请方法实施例基于同一构思，其具体功能及带来的技术效果，具体可参见方法实施例部分，此处不再赘述。
实施例三：
图6为本申请实施例三提供的双足机器人的结构示意图。如图6所示，该实施例的双足机器人6包括：至少一个处理器60（图6中仅示出一个处理器）、存储器61以及存储在所述存储器61中并可在所述至少一个处理器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时实现上述任意各个方法实施例中的步骤：
确定双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
根据所述步态周期确定对应的参数；
根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走。
所述双足机器人6可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。该双足机器人可包括，但不仅限于，处理器60、存储器61。本领域技术人员可以理解，图6仅仅是双足机器人6的举例，并不构成对双足机器人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，例如还可以包括输入输出设备、网络接入设备等。
所称处理器60可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器60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)、现场可编程门阵列(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61在一些实施例中可以是所述双足机器人6的内部存储单元，例如双足机器人6的硬盘或内存。所述存储器61在另一些实施例中也可以是所述双足机器人6的外部存储设备，例如所述双足机器人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还可以既包括所述双足机器人6的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器61用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(BootLoader)、数据以及其他程序等，例如所述计算机程序的程序代码等。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。
本申请实施例还提供了一种网络设备，该网络设备包括：至少一个处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述至少一个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上述任意各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例还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可实现上述各个方法实施例中的步骤。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在移动终端上运行时，使得移动终端执行时实现可实现上述各个方法实施例中的步骤。
所述集成的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，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至少可以包括：能够将计算机程序代码携带到拍照装置/终端设备的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不可以是电载波信号和电信信号。
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/网络设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/网络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。
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 (8)
1.一种双足机器人的行走控制方法，其特征在于，包括：
预先根据双足机器人的双足步行姿态划分出至少以下步态周期：摆动腿抬脚阶段、摆动腿腾空阶段、摆动腿落脚阶段以及双腿支撑期；
获取双足机器人的当前姿态，根据所述当前姿态以及预先划分的步态周期确定所述双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
根据所述步态周期确定对应的参数；
根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走；
所述参数包括：弹性项、阻尼项、选择矩阵以及足部脚底板作用于环境的期望力；其中，所述选择矩阵的元素用于指示力控制所在的维度和/或位控制所在的维度；
此时，所述根据所述步态周期确定对应的参数，包括：
若所述步态周期为摆动腿抬脚阶段，则确定的弹性项大于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
若所述步态周期为摆动腿腾空阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中仅存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
若所述步态周期为摆动腿落脚阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力不为0；
若所述步态周期为双腿支撑期，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力大于所述摆动腿落脚阶段对应的期望力。
2.如权利要求1所述的双足机器人的行走控制方法，其特征在于，所述足部脚底板作用于环境的期望力与所述双足机器人的重量有关。
3.如权利要求1所述的双足机器人的行走控制方法，其特征在于，所述根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度，包括：
根据所述参数确定所述双足机器人在任务空间的参考速度和参考加速度；根据所述任务的参考速度和参考加速度确定所述双足机器人在关节空间的参考速度和参考加速度。
4.如权利要求1至3任一项所述的双足机器人的行走控制方法，其特征在于，在所述根据所述步态周期确定对应的参数之前，包括：
获取双足机器人当前所处的地形信息；
对应地，所述根据所述步态周期确定对应的参数具体为：
根据所述步态周期以及所述双足机器人当前所处的地形信息确定对应的参数。
5.如权利要求1至3任一项所述的双足机器人的行走控制方法，其特征在于，在所述根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走之后，包括：
获取所述双足机器人在行走过程中的位姿，根据所述位姿确定所述双足机器人的稳定性；
调整不满足要求的稳定性所对应的步态周期的参数。
6.一种双足机器人的行走控制装置，其特征在于，包括：
步态周期预先划分单元，用于预先根据双足机器人的双足步行姿态划分出至少以下步态周期：摆动腿抬脚阶段、摆动腿腾空阶段、摆动腿落脚阶段以及双腿支撑期；
步态周期确定单元，用于获取双足机器人的当前姿态，根据所述当前姿态以及预先划分的步态周期确定所述双足机器人当前所处的步态周期，所述步态周期根据所述双足机器人的双足步行姿态划分；
参数确定单元，用于根据所述步态周期确定对应的参数；
参考量确定单元，用于根据所述参数确定所述双足机器人的参考速度和参考加速度；
力矩控制量确定单元，用于根据所述参考速度和参考加速度确定所述双足机器人的期望力矩控制量；
机器人行走控制单元，用于根据所述期望力矩控制量控制所述双足机器人的行走；
所述参数包括：弹性项、阻尼项、选择矩阵以及足部脚底板作用于环境的期望力；其中，所述选择矩阵的元素用于指示力控制所在的维度和/或位控制所在的维度；
此时，所述参数确定单元包括：
摆动腿抬脚阶段参数确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿抬脚阶段，则确定的弹性项大于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
摆动腿腾空阶段参数确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿腾空阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项小于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中仅存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力为0；
摆动腿落脚阶段确定模块，用于若所述步态周期为摆动腿落脚阶段，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力不为0；
双腿支撑期参数确定模块，用于若所述步态周期为双腿支撑期，则确定的弹性项小于或等于预设的弹性阈值、阻尼项大于或等于预设的阻尼阈值、选择矩阵的元素中存在指示力控制所在的维度的元素和存在指示位控制所在的维度的元素，且确定的足部脚底板作用于环境的期望力大于所述摆动腿落脚阶段对应的期望力。
7.一种双足机器人，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任一项所述的方法。
8.一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任一项所述的方法。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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