CN113110484A - 一种步态轨迹规划方法、装置、可读存储介质及机器人 - Google Patents

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CN113110484A CN202110479959.8A CN202110479959A CN113110484A CN 113110484 A CN113110484 A CN 113110484A CN 202110479959 A CN202110479959 A CN 202110479959A CN 113110484 A CN113110484 A CN 113110484A
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王鸿舸
陈春玉
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罗秋月
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Abstract

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种步态轨迹规划方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法包括：确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。通过本申请，综合考虑机器人的摆动腿在初始时刻、终止时刻以及若干个中间时刻的运动状态，通过分段规划来得到步态轨迹，极大提高了机器人的稳定性。

Description

一种步态轨迹规划方法、装置、可读存储介质及机器人
技术领域
本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种步态轨迹规划方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。
背景技术
仿人机器人的拟人化双足不仅需要在平地稳定行走，还需要能够在上下台阶或斜坡，跨越障碍等复杂的环境中稳定行走。在现有的步态轨迹规划中，通常是针对初始点和终止点这两个点，采用多项式拟合的方式规划出一条从初始点到终止点的步态轨迹，这种方式虽然可以实现步态轨迹的规划，但稳定性往往较差。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种步态轨迹规划方法、装置、计算机可读存储介质及机器人，以解决现有的步态轨迹规划方法稳定性较差的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种步态轨迹规划方法，可以包括：
确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；
根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；
根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。
在第一方面的一种具体实现中，所述根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段，可以包括：
根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为如下式所示的若干个参数待定的步态轨迹分段：
x(t)＝x0，t≤t0
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，t0＜t≤t1
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+b1(t-t1)3，t1＜t≤t2
Figure BDA0003048231880000021
tn-1＜t≤tn
x(t)＝xn，t＞tn
其中，t0为所述初始时刻，tn为所述终止时刻，t1、t2、...、tn-1为处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的各个中间时刻，a0、a1、a2、a3、b1、b2、...、bn-1为待定的参数，x(t)为所述摆动腿的步态轨迹。
在第一方面的一种具体实现中，所述根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，可以包括：
根据各个规划时刻构建第一矩阵；
根据各个待定的参数构建第二矩阵；
根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵；
根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组；
根据所述方程组求解各个步态轨迹分段的参数。
在第一方面的一种具体实现中，所述根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组，可以包括：
构建如下式所示的方程组：
AX＝B
其中，A为所述第一矩阵，X为所述第二矩阵，B为所述第三矩阵。
在第一方面的一种具体实现中，所述各个规划时刻的运动状态可以包括：所述初始时刻的位置和速度、所述终止时刻的位置和速度以及各个中间时刻的位置；
所述根据各个规划时刻构建第一矩阵，可以包括：
构建如下式所示的第一矩阵：
Figure BDA0003048231880000031
Figure BDA0003048231880000032
Figure BDA0003048231880000033
Figure BDA0003048231880000034
Figure BDA0003048231880000035
其中，A1、A2、A3、A4为所述第一矩阵的子矩阵；
所述根据各个待定的参数构建第二矩阵，可以包括：
构建如下式所示的第二矩阵：
X＝[a0,a1,a2,a3,b1,b2,…,bn-1]T
其中，X为所述第二矩阵；
所述根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵，可以包括：
构建如下式所示的第三矩阵：
Figure BDA0003048231880000036
Figure BDA0003048231880000041
Figure BDA0003048231880000042
其中，B1、B2为所述第三矩阵的子矩阵，x0为所述初始时刻的位置，v0为所述初始时刻的速度，xn为所述终止时刻的位置，vn为所述终止时刻的速度，x1、x2、…、xn-1为各个中间时刻的位置。
在第一方面的一种具体实现中，所述确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，可以包括：
根据所述摆动腿在所述初始时刻的运动状态确定所述摆动腿在第一个中间时刻的运动状态。
在第一方面的一种具体实现中，所述确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，可以包括：
根据所述摆动腿在所述终止时刻的运动状态确定所述摆动腿在最后一个中间时刻的运动状态。
本申请实施例的第二方面提供了一种步态轨迹规划装置，可以包括：
运动状态确定模块，用于确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；
步态轨迹分段模块，用于根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；
参数求解模块，用于根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。
在第二方面的一种具体实现中，所述步态轨迹分段模块具体用于根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为如下式所示的若干个参数待定的步态轨迹分段：
x(t)＝x0，t≤t0
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，t0＜t≤t1
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+b1(t-t1)3，t1＜t≤t2
……
Figure BDA0003048231880000051
tn-1＜t≤tn
x(t)＝xn，t＞tn
其中，t0为所述初始时刻，tn为所述终止时刻，t1、t2、...、tn-1为处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的各个中间时刻，a0、a1、a2、a3、b1、b2、...、bn-1为待定的参数，x(t)为所述摆动腿的步态轨迹。
在第二方面的一种具体实现中，所述参数求解模块可以包括：
第一矩阵构建单元，用于根据各个规划时刻构建第一矩阵；
第二矩阵构建单元，用于根据各个待定的参数构建第二矩阵；
第三矩阵构建单元，用于根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵；
方程组构建单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组；
参数求解单元，用于根据所述方程组求解各个步态轨迹分段的参数。
在第二方面的一种具体实现中，所述方程组构建单元具体用于构建如下式所示的方程组：
AX＝B
其中，A为所述第一矩阵，X为所述第二矩阵，B为所述第三矩阵。
在第二方面的一种具体实现中，所述各个规划时刻的运动状态包括：所述初始时刻的位置和速度、所述终止时刻的位置和速度以及各个中间时刻的位置；
所述第一矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第一矩阵：
Figure BDA0003048231880000052
Figure BDA0003048231880000061
Figure BDA0003048231880000062
Figure BDA0003048231880000063
Figure BDA0003048231880000064
其中，A1、A2、A3、A4为所述第一矩阵的子矩阵；
所述第二矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第二矩阵：
X＝[a0,a1,a2,a3,b1,b2,…,bn-1]T
所述第三矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第三矩阵：
Figure BDA0003048231880000065
Figure BDA0003048231880000066
Figure BDA0003048231880000067
其中，B1、B2为所述第三矩阵的子矩阵，x0为所述初始时刻的位置，v0为所述初始时刻的速度，xn为所述终止时刻的位置，vn为所述终止时刻的速度，x1、x2、…、xn-1为各个中间时刻的位置。
在第二方面的一种具体实现中，所述运动状态确定模块可以包括：
后摆规划处理单元，用于根据所述摆动腿在所述初始时刻的运动状态确定所述摆动腿在第一个中间时刻的运动状态。
在第二方面的一种具体实现中，所述运动状态确定模块可以包括：
前摆规划处理单元，用于根据所述摆动腿在所述终止时刻的运动状态确定所述摆动腿在最后一个中间时刻的运动状态。
本申请实施例的第三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上述任一种步态轨迹规划方法的步骤。
本申请实施例的第四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上述任一种步态轨迹规划方法的步骤。
本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在机器人上运行时，使得机器人执行上述任一种步态轨迹规划方法的步骤。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。通过本申请实施例，综合考虑机器人的摆动腿在初始时刻、终止时刻以及若干个中间时刻的运动状态，将摆动腿的步态轨迹划分为若干个步态轨迹分段，并对各个步态轨迹分段的参数进行求解，得到完整的步态轨迹规划，极大提高了机器人的稳定性。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例中一种步态轨迹规划方法的一个实施例流程图；
图2为在步态轨迹规划中使用后摆规划和前摆规划的示意图；
图3为机器人快速行走的场景示意图；
图4为机器人上楼梯/斜坡或迈上障碍物的场景示意图；
图5为机器人下楼梯/斜坡或迈下障碍物的场景示意图；
图6为本申请实施例中一种步态轨迹规划装置的一个实施例结构图；
图7为本申请实施例中一种机器人的示意框图。
具体实施方式
为使得本申请的发明目的、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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，当在本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，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，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]”。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
对于机器人的摆动腿而言，在进行一般的步态轨迹规划时，可以针对初始点和终止点这两个点，采用多项式拟合的方式规划出一条从初始点到终止点的步态轨迹。为了便于区分，此处将这种步态轨迹规划称为常规轨迹规划。若将初始时刻记为t0，将初始时刻的位置和速度分别记为x0和v0，将终止时刻记为tn，将终止时刻的位置和速度分别记为xn和vn，则可以规划出如下式所示的步态轨迹：
x(t)＝g’(x0，v0，t0，xn，vn，tn，t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3
其中，g’为关于x0，v0，t0，xn，vn，tn，t的函数，a0、a1、a2、a3为待定的参数，x(t)即为摆动腿的步态轨迹。
构建如下式所示的对各个待定的参数进行求解的方程组：
CY＝D
Y＝[a0，a1，a2，a3]T
Figure BDA0003048231880000091
Figure BDA0003048231880000092
通过求解该方程组，即可确定其中各个待定的参数，从而得到摆动腿从初始时刻至终止时刻的步态轨迹规划。在本申请实施例中，可以根据实际情况采用现有技术中的任意一种方程组求解方法，包括但不限于SVD分解、QR分解等求解方法。
在本申请实施例的一种具体实现中，除了考虑初始点和终止点之后，还可以将两者之间的若干个中间点也加以考虑分析，从而提高机器人的稳定性。为了便于区分，此处将这种步态轨迹规划称为改进轨迹规划。请参阅图1，本申请实施例中一种步态轨迹规划方法的一个实施例可以包括：
步骤S101、确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态。
其中，规划时刻可以包括初始时刻、终止时刻以及处于初始时刻与终止时刻之间的若干个中间时刻。此处将各个规划时刻按照时间先后顺序依次记为：t0，t1，t2，…，tn-1，tm，则其中处于初始时刻t0与终止时刻tn之间的t1，t2，…，tn-1即为中间时刻。各个规划时刻的运动状态可以包括：初始时刻的位置和速度、终止时刻的位置和速度以及各个中间时刻的位置。此处将各个中间时刻t1，t2，…，tn-1的位置依次记为：x1，x2，…，xn-1，这些中间时刻的位置可以根据机器人运动的实际情况进行设置。
步骤S102、根据各个规划时刻将摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段。
此时，摆动腿的步态轨迹可表示为：
x(t)＝g(x0，v0，t0，xn，vn，tn，x1，t1，x2，t2，...，xn-1，tn-1，t)
其中，g为关于x0，v0，t0，xn，vn，tn，x1，t1，x2，t2，...，xn-1，tn-1，t的函数。
根据各个规划时刻，可以将摆动腿的步态轨迹划分为如下式所示的步态轨迹分段：
x(t)＝x0，t≤t0
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，t0＜t≤t1
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+b1(t-t1)3，t1＜t≤t2
Figure BDA0003048231880000101
tn-1＜t≤tn
x(t)＝xn，t＞tn
其中，a0、a1、a2、a3、b1、b2、...、bn-1为待定的参数。
通过以上的对步态轨迹的分段规划，在整个轨迹规划过程中能够保持位置、速度和加速度的连续，避免力矩抖动的影响，提高机器人的稳定性。
步骤S103、根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到摆动腿从初始时刻至终止时刻的步态轨迹规划。
具体地，可以根据各个规划时刻构建如下式所示的第一矩阵：
Figure BDA0003048231880000111
Figure BDA0003048231880000112
Figure BDA0003048231880000113
Figure BDA0003048231880000114
Figure BDA0003048231880000115
其中，A为第一矩阵，A1、A2、A3、A4为第一矩阵的子矩阵，A1为4行4列的矩阵，A2为4行n-1列的矩阵，A3为n-1行4列的矩阵，A4为n-1行n-1列的对角元素为0的下三角矩阵。
根据各个待定的参数构建如下式所示的第二矩阵：
X＝[a0，a1，a2，a3，b1，b2，...，bn-1]T
其中，X为第二矩阵。
根据各个规划时刻的运动状态构建如下式所示的第三矩阵：
Figure BDA0003048231880000121
Figure BDA0003048231880000122
Figure BDA0003048231880000123
其中，B为第三矩阵，B1、B2为第三矩阵的子矩阵。
根据第一矩阵、第二矩阵和第三矩阵构建如下式所示的对各个待定的参数进行求解的方程组：
AX＝B
通过求解该方程组，即可确定其中各个待定的参数，从而得到摆动腿从初始时刻至终止时刻的步态轨迹规划。在本申请实施例中，可以根据实际情况采用现有技术中的任意一种方程组求解方法，包括但不限于SVD分解、QR分解等求解方法。
通过本申请实施例，综合考虑机器人的摆动腿在初始时刻、终止时刻以及若干个中间时刻的运动状态，将摆动腿的步态轨迹划分为若干个步态轨迹分段，并对各个步态轨迹分段的参数进行求解，得到完整的步态轨迹规划，极大提高了机器人的稳定性。
在本申请实施例的一种具体实现中，可以根据摆动腿在初始时刻的运动状态确定摆动腿在第一个中间时刻的运动状态，即令：x1＝x0，则在t0<t≤t1的这一时间段内，开始时的位置与结束时的位置一致，而机器人若要向前运动，在t＞t1时则有正向的速度和加速度，那么在t0<t≤t1的这一时间段内满足x(t)<x0，本申请实施例将这一时间段的步态轨迹规划称之为后摆规划。通过后摆规划，可以有效减小机器人前向与楼梯或障碍物碰撞的风险。
在本申请实施例的一种具体实现中，可以根据摆动腿在终止时刻的运动状态确定摆动腿在最后一个中间时刻的运动状态，即令：xn-1＝xn，则在tn-1<t≤tn的这一时间段内，开始时的位置与结束时的位置一致，而机器人若要向前运动，在t<tn-1时则有正向的速度和加速度，那么在t0<t≤t1的这一时间段内满足x(t)＞xn，本申请实施例将这一时间段的步态轨迹规划称之为前摆规划。通过前摆规划，可以有效减小机器人后向与楼梯或障碍物碰撞的风险。
图2所示即为同时在步态轨迹规划中使用后摆规划和前摆规划的示意图。如图所示，整个步态轨迹按照时间划分为I、II和III三个区域，其中，区域I为t0<t≤t1，该区域中使用后摆规划；区域II为t1<t≤tn-1，该区域中为正常的改进轨迹规划。区域III为tn-1<t≤tn，该区域中使用前摆规划。
需要注意的是，以上内容中，均是以机器人在前进方向(即x方向)上的步态轨迹规划为例进行说明，机器人在纵向(即z方向)上的步态轨迹规划与之类似，可参照x方向进行处理，此处不再赘述。
在具体应用中，可以根据实际的应用场景对常规轨迹规划、改进轨迹规划、前摆规划及后摆规划灵活地进行使用。
图3所示为机器人快速行走的场景，对于该场景，可以在改进轨迹规划的基础上进一步采用前摆规划和后摆规划来减小支撑腿摩擦力，以及减小机器人转向滑移，从而增加机器人的稳定性。
图4所示为机器人上楼梯/斜坡或迈上障碍物的场景，对于该场景，可以在改进轨迹规划的基础上进一步采用后摆规划来减小机器人前向与楼梯或障碍物碰撞的风险。
图5所示为机器人下楼梯/斜坡或迈下障碍物的场景，对于该场景，可以在改进轨迹规划的基础上进一步采用前摆规划来减小机器人后向与楼梯或障碍物碰撞的风险。
容易理解地，以上各场景均为示例，对于其它场景，可以根据实际情况灵活地进行步态轨迹规划，本申请实施例不再赘述。
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。
对应于上文实施例所述的一种步态轨迹规划方法，图6示出了本申请实施例提供的一种步态轨迹规划装置的一个实施例结构图。
本实施例中，一种步态轨迹规划装置可以包括：
运动状态确定模块601，用于确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；
步态轨迹分段模块602，用于根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；
参数求解模块603，用于根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述步态轨迹分段模块具体用于根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为如下式所示的若干个参数待定的步态轨迹分段：
x(t)＝x0，t≤t0
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，t0＜t≤t1
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+b1(t-t1)3，t1＜t≤t2
Figure BDA0003048231880000141
tn-1＜t≤tn
x(t)＝xn，t＞tn
其中，t0为所述初始时刻，tn为所述终止时刻，t1、t2、...、tn-1为处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的各个中间时刻，a0、a1、a2、a3、b1、b2、...、bn-1为待定的参数，x(t)为所述摆动腿的步态轨迹。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述参数求解模块可以包括：
第一矩阵构建单元，用于根据各个规划时刻构建第一矩阵；
第二矩阵构建单元，用于根据各个待定的参数构建第二矩阵；
第三矩阵构建单元，用于根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵；
方程组构建单元，用于根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组；
参数求解单元，用于根据所述方程组求解各个步态轨迹分段的参数。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述方程组构建单元具体用于构建如下式所示的方程组：
AX＝B
其中，A为所述第一矩阵，X为所述第二矩阵，B为所述第三矩阵。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述各个规划时刻的运动状态包括：所述初始时刻的位置和速度、所述终止时刻的位置和速度以及各个中间时刻的位置；
所述第一矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第一矩阵：
Figure BDA0003048231880000151
Figure BDA0003048231880000152
Figure BDA0003048231880000153
Figure BDA0003048231880000154
Figure BDA0003048231880000161
其中，A1、A2、A3、A4为所述第一矩阵的子矩阵；
所述第二矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第二矩阵：
X＝[a0,a1,a2,a3,b1,b2,…,bn-1]T
所述第三矩阵构建单元具体用于构建如下式所示的第三矩阵：
Figure BDA0003048231880000162
Figure BDA0003048231880000163
Figure BDA0003048231880000164
其中，B1、B2为所述第三矩阵的子矩阵，x0为所述初始时刻的位置，v0为所述初始时刻的速度，xn为所述终止时刻的位置，vn为所述终止时刻的速度，x1、x2、…、xn-1为各个中间时刻的位置。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述运动状态确定模块可以包括：
后摆规划处理单元，用于根据所述摆动腿在所述初始时刻的运动状态确定所述摆动腿在第一个中间时刻的运动状态。
在本申请实施例的一种具体实现中，所述运动状态确定模块可以包括：
前摆规划处理单元，用于根据所述摆动腿在所述终止时刻的运动状态确定所述摆动腿在最后一个中间时刻的运动状态。
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。
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。
图7示出了本申请实施例提供的一种机器人的示意框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
如图7所示，该实施例的机器人7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个步态轨迹规划方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S103。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示模块601至模块603的功能。
示例性的，所述计算机程序72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71中，并由所述处理器70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72在所述机器人7中的执行过程。
本领域技术人员可以理解，图7仅仅是机器人7的示例，并不构成对机器人7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7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70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71可以是所述机器人7的内部存储单元，例如机器人7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述机器人7的外部存储设备，例如所述机器人7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71还可以既包括所述机器人7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述机器人7所需的其它程序和数据。所述存储器71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/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。所述计算机可读存储介质可以包括：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，所述计算机可读存储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，计算机可读存储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)

1.一种步态轨迹规划方法，其特征在于，包括：
确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；
根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；
根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。
2.根据权利要求1所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段，包括：
根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为如下式所示的若干个参数待定的步态轨迹分段：
x(t)＝x0，t≤t0
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3，t0t≤t1
x(t)＝a0+a1t+a2t2+a3t3+b1(t-t1)3，t1<t≤t2
……
Figure FDA0003048231870000011
x(t)＝xn，t＞tn
其中，t0为所述初始时刻，tn为所述终止时刻，t1、t2、…、tn-1为处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的各个中间时刻，a0、a1、a2、a3、b1、b2、…、bn-1为待定的参数，x(t)为所述摆动腿的步态轨迹。
3.根据权利要求2所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，包括：
根据各个规划时刻构建第一矩阵；
根据各个待定的参数构建第二矩阵；
根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵；
根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组；
根据所述方程组求解各个步态轨迹分段的参数。
4.根据权利要求3所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述根据所述第一矩阵、所述第二矩阵和所述第三矩阵构建对各个待定的参数进行求解的方程组，包括：
构建如下式所示的方程组：
AX＝B
其中，A为所述第一矩阵，X为所述第二矩阵，B为所述第三矩阵。
5.根据权利要求3所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述各个规划时刻的运动状态包括：所述初始时刻的位置和速度、所述终止时刻的位置和速度以及各个中间时刻的位置；
所述根据各个规划时刻构建第一矩阵，包括：
构建如下式所示的第一矩阵：
Figure FDA0003048231870000021
Figure FDA0003048231870000022
Figure FDA0003048231870000023
Figure FDA0003048231870000031
Figure FDA0003048231870000032
其中，A为所述第一矩阵，A1、A2、A3、A4为所述第一矩阵的子矩阵；
所述根据各个待定的参数构建第二矩阵，包括：
构建如下式所示的第二矩阵：
X＝[a0,a1,a2,a3,b1,b2,…,bn-1]T
其中，X为所述第二矩阵；
所述根据各个规划时刻的运动状态构建第三矩阵，包括：
构建如下式所示的第三矩阵：
Figure FDA0003048231870000033
Figure FDA0003048231870000034
Figure FDA0003048231870000035
其中，B为所述第三矩阵，B1、B2为所述第三矩阵的子矩阵，x0为所述初始时刻的位置，v0为所述初始时刻的速度，xn为所述终止时刻的位置，vn为所述终止时刻的速度，x1、x2、…、xn-1为各个中间时刻的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，包括：
根据所述摆动腿在所述初始时刻的运动状态确定所述摆动腿在第一个中间时刻的运动状态。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的步态轨迹规划方法，其特征在于，所述确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，包括：
根据所述摆动腿在所述终止时刻的运动状态确定所述摆动腿在最后一个中间时刻的运动状态。
8.一种步态轨迹规划装置，其特征在于，包括：
运动状态确定模块，用于确定机器人的摆动腿在预设的各个规划时刻的运动状态，所述规划时刻包括初始时刻、终止时刻以及处于所述初始时刻与所述终止时刻之间的若干个中间时刻；
步态轨迹分段模块，用于根据各个规划时刻将所述摆动腿的步态轨迹划分为若干个参数待定的步态轨迹分段；
参数求解模块，用于根据各个规划时刻的运动状态求解各个步态轨迹分段的参数，得到所述摆动腿从所述初始时刻至所述终止时刻的步态轨迹规划。
9.一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7中任一项所述的步态轨迹规划方法的步骤。
10.一种机器人，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7中任一项所述的步态轨迹规划方法的步骤。
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