CN113601504A - 机器人肢体动作的控制方法及装置、电子设备、存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人肢体动作的控制方法及装置、电子设备、存储介质，该方法包括：获取机器人的3D模型；对3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；根据运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；根据第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；根据俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；如果偏摆角在机器人头部左右转动范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；如果偏摆角超出机器人头部左右转动范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种控制机器人肢体动作的方法及装置、电子设备、存储介质。
背景技术
目前，人机互动上，语音方面技术比较成熟，但是仅靠语音交互，使得机器人在与人交互时表现的呆板，拟人效果相对较差。商场、机厂等公共场所会有引路机器人，但是这些机器人大多没有肢体动作，甚至不能移动，只能提供语音交互、地图显示等功能，人机交互的体验感不够友好。
因此机器人在与人交互时，增加肢体动作等非语言交流，会让机器人看起来更加灵活、拟人。机器人的肢体动作，包括头部动作、机械臂动作、底盘动作，以及由多个肢体组合而成的动作。可见机器人肢体动作是通过控制头部自由度、机械臂自由度和底盘自由度来完成，由于机器人自由度多，协调控制相对困难。
发明内容
本发明实施例提供一种机器人肢体动作的控制方法及装置、电子设备，以解决服务机器人的相关技术中，由于缺乏肢体动作，存在的人机互动体验不够友好的问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种机器人肢体动作的控制方法，所述机器人包括本体、安装在所述本体上的头部、安装所述本体上的机械臂以及安装在所述本体下的底盘，包括：
获取机器人的3D模型；
对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种机器人肢体动作的控制装置，所述机器人包括本体、安装在所述本体上的头部、安装所述本体上的机械臂以及安装在所述本体下的底盘，包括：
第一获取模块，用于获取机器人的3D模型；
处理模块，用于对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
第一控制模块，用于根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
第二获取模块，用于获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
计算模块，用于根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
第二控制模块，用于根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
第三控制模块，用于如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
第四控制模块，用于如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请通过对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹，再根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，从而实现了机械臂运动；同时通过机器人的第一坐标、目标的第二坐标，生成用于控制头部和底盘转动的角度，实现了实时注视目标和看向目标的动作，解决了机器人在与人交互时，缺乏肢体动作，交互呆板的问题。通过对机器人肢体进行分解，分成机械臂动作、头部及底盘动作，将机器人的多个自由度进行分别控制，解决多自由度协调控制比较困难的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种机器人肢体动作的控制方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种机器人的结构示意图。
图3是根据一示例性实施用例示出的步骤S102的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种机器人肢体动作的控制方法的流程图。
图5和图6是根据一示例性实施例示出的一种机器人肢体动作的控制装置的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据实施例示出的一种生成机器人肢体动作的方法的流程图，参考图1，本发明实施例提供的一种机器人肢体动作的控制方法，参考图2所示，所述机器人包括本体1、安装在所述本体上的头部2、安装所述本体上的机械臂3以及安装在所述本体下的底盘4，可以包括以下步骤：
步骤S101：获取机器人的3D模型；
步骤S102：对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
步骤S103：根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
步骤S104：获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
步骤S105：根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
步骤S106：根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
步骤S107：如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
步骤S108：如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
由上述实施例可知，本申请通过对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹，再根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，从而实现了机械臂运动；同时通过机器人的第一坐标、目标的第二坐标，生成用于控制头部和底盘转动的角度，实现了实时注视目标和看向目标的动作，解决了机器人在与人交互时，缺乏肢体动作，交互呆板的问题。通过对机器人肢体进行分解，分成机械臂动作、头部及底盘动作，将机器人的多个自由度进行分别控制，解决多自由度协调控制比较困难的问题。
在步骤S101的具体实施中，获取机器人的3D模型；
具体地，通过机器人外观设计软件导出机器人的3D模型，所述机器人外观设计软件包括Phino、Blender，本实施例中采用Phino；基于该3D模型，可生成与机器人完全一致的、可在机器人控制软件中应用的模型描述文件。
在步骤S102的具体实施中，对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；参考图3所示，此步骤可以包括以下子步骤：
步骤S201:根据机器人的3D模型的描述文件，创建MoveIt配置包；
具体地，根据所述模型描述文件，生成MoveIt配置包，使得生成的机器人配置文件，与机器人本身参数一致，从而可以使生成的机器人肢体动作与机器人本体实现避障，即机器人动作过程中，不会与自身碰撞。
步骤S202:启动所述配置包中的路径规划相关功能，通过RViz插件接收机器人各个关节的关节角度，生成动作的多组关键帧；
需要说明的是，上述获得的所述多组关键帧可以确定机器人机械臂动作的大致轨迹。
步骤S203:根据所述配置包中的轨迹规划器以及所述多组关键帧，生成串连所述多组关键帧的机器人各关节的运动轨迹。
进一步地，可在步骤S102生成机器人机械臂的各关节的运动轨迹后，对所述运动轨迹进行平滑处理，得到平滑的运动轨迹，所述平滑的运动轨迹用于控制机器人机械臂。具体地，可以使用插值法对所述运动轨迹进行平滑处理，得到平滑的运动轨迹。本实施用例采用了三次B样条插值函数，对所述运动轨迹进行平滑处理，相比于不做平滑处理的运动轨迹，机器人机械臂的抖动明显减少，即平滑处理后，机械臂的运动有明显的平滑效果。
在步骤S103的具体实施中，根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作。该步骤为常规手段，此处不作赘述。
上述步骤S101～S103可用于生成机器人机械臂动作。
在步骤S104的具体实施中，获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
机器人运行环境建立一个坐标系，即机器人运行环境的世界坐标系，找到机器人底盘中心相对于坐标系原点的坐标为第一坐标(xr，yr，zr)，目标相对于坐标系原点的坐标为第二坐标(xt，yt，zt)。
在步骤S105的具体实施中，根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
具体地，所述俯仰角θpitch和偏摆角θyaw的计算方式如下：
θyaw＝atan2(yt-yr，xt-xr)
其中，(xt，yt，zt)为目标在世界坐标系下的坐标，(xr，yr，zr)为机器人自身在世界坐标系下的坐标；
进一步地，通过如下处理确保机器人两种角度的转动的幅度最小：
在步骤S106的具体实施中，根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作。该步骤为常规手段，此处不作赘述。
在步骤S107的具体实施中，如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
机器人头部左右转动由相应的电机控制，由于机械结构等硬件限制，该电机左右转动有一定的范围限制，超过此范围，会造成电机或机器人硬件的损坏，因此需控制头部的左右转动在限制的范围内。
在步骤S108的具体实施中，如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
上述步骤S104～S108可用于生成机器人头部及底盘的动作。
参考图4所示，该控制方法还可以包括：
步骤S109：控制机器人底盘转动，所述转动的方向为使机器人本体正面朝向目标。
步骤S110：控制机器人头部回正，以使得机器人本体面向目标；
为了达到拟人的看向目标的效果，通过步骤S109-步骤S110，使得机器人头部转动看到目标后，身体转向目标的同时头部回正，以达到人体呈竖直站立且面向目标的效果，从而使得机器人与人交互时，机器人本体是面向目标且机器人头部是无转角的状态。
该控制方法还可以包括：
如果多个动作在时间上有重叠但不包含相同的肢体，则同时执行；
如果多个动作在时间上有重叠且动作包含相同的肢体时，则根据预先设定的优先级，执行优先级更高的动作，取消优先级更低的动作；
具体地，如果接收到的多个动作没有肢体冲突时，如机器人头部转动看向目标时，机械臂可以执行相应的动作，则同时执行多个动作；如果接收到的多个动作间，有肢体冲突，如接收到两个都包含了机械臂控制的动作，则只执行优先级更高的动作；如果接收到的多个动作间，有肢体冲突，且动作的优先级相同，则执行在时间上最后收到的任务。
本实施例通过利用MoveIt可视化插件，以及路径规划功能，可生成由关键帧组成的动作轨迹，并通过B样条插值法，对生成的轨迹进行平滑处理，达到控制真实机器人做出平滑的机械臂动作的效果。提升了机器人肢体动作的开发效率，以及机械臂动作的平滑性；通过控制机器人头部和底盘的转动，实现了人机交互过程中拟人的目光交流，拟人的交谈位姿；通过对不同种类动作设置优先级，并对并行的有肢体冲突的动作进行处理，解决多个动作有肢体冲突时，机器人动作混乱的问题，提升了用户体验感。
与前述的一种机器人肢体动作的控制方法的实施例相对应，本申请还提供了一种机器人肢体动作的控制装置的实施例。
图5是根据一示例性实施例示出的一种机器人肢体动作的控制装置框图。
参照图5，该装置包括：
第一获取模块21，用于获取机器人的3D模型；
处理模块22，用于对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
第一控制模块23，用于根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
第二获取模块24，用于获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
计算模块25，用于根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
第二控制模块26，用于根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
第三控制模块27，用于如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
第四控制模块28，用于如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
参考图6所示，该控制装置还可包括：
第五控制模块29，用于控制机器人底盘转动，所述转动的方向为使机器人本体正面朝向目标；
第六控制模块30，用于控制机器人头部回正，以使得机器人本体面向目标。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的机器人肢体动作控制方法。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如上述的机器人肢体动作控制方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种机器人肢体动作的控制方法，所述机器人包括本体、安装在所述本体上的头部、安装所述本体上的机械臂以及安装在所述本体下的底盘，其特征在于，包括：
获取机器人的3D模型；
对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹，包括：
根据机器人的3D模型的描述文件，创建MoveIt配置包；
启动所述配置包中的路径规划相关功能，通过RViz插件接收机器人各个关节的关节角度，生成机器人动作的多组关键帧；
根据所述配置包中的轨迹规划器以及所述多组关键帧，生成串连所述多组关键帧的机器人各关节的运动轨迹。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在生成机器人各关节的运动轨迹后，还包括：
对所述运动轨迹进行平滑处理，得到平滑的运动轨迹，所述平滑的运动轨迹用于控制机器人机械臂。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述运动轨迹进行平滑处理，得到平滑的运动轨迹，包括：
使用插值法对所述运动轨迹进行平滑处理，得到平滑的运动轨迹。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
控制机器人底盘转动，所述转动的方向为使机器人本体正面朝向目标；
控制机器人头部回正，以使得机器人本体面向目标。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，还包括：
如果多个动作在时间上有重叠但不包含相同的肢体，则同时执行；
如果多个动作在时间上有重叠且动作包含相同的肢体时，则根据预先设定的优先级，执行优先级更高的动作，取消优先级更低的动作。
7.一种机器人肢体动作的控制装置，所述机器人包括本体、安装在所述本体上的头部、安装所述本体上的机械臂以及安装在所述本体下的底盘，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取机器人的3D模型；
处理模块，用于对所述机器人的3D模型进行处理，生成机器人各关节的运动轨迹；
第一控制模块，用于根据所述运动轨迹，控制机器人机械臂，实现机械臂动作；
第二获取模块，用于获取在世界坐标系下机器人的第一坐标、目标的第二坐标；
计算模块，用于根据所述第一坐标、第二坐标，计算得到机器人需要上下转动的俯仰角和左右转动的偏摆角；
第二控制模块，用于根据所述俯仰角，控制机器人头部上下转动，实现头部动作；
第三控制模块，用于如果所述偏摆角在机器人头部左右转动的范围内，则控制机器人头部左右转动，实现头部动作；
第四控制模块，用于如果所述偏摆角超出机器人头部左右转动的范围，则控制机器人头部左右转动至范围极限后再控制机器人底盘运动完成超出头部左右转动范围的角度，实现底盘动作。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
第五控制模块，用于控制机器人底盘转动，所述转动的方向为使机器人本体正面朝向目标；
第六控制模块，用于控制机器人头部回正，以使得机器人本体面向目标。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-6任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-6中任一项所述方法的步骤。
Priority Applications (1)
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| CN202110889734.XA CN113601504A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 机器人肢体动作的控制方法及装置、电子设备、存储介质 |
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| CN202110889734.XA CN113601504A (zh) | 2021-08-04 | 2021-08-04 | 机器人肢体动作的控制方法及装置、电子设备、存储介质 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN113601504A true CN113601504A (zh) | 2021-11-05 |
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20211105 |