CN113855473A - 用于控制外骨骼机器人的方法、装置和外骨骼机器人 - Google Patents
用于控制外骨骼机器人的方法、装置和外骨骼机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及机器人技术领域，公开一种用于控制外骨骼机器人的方法。该用于控制外骨骼机器人的方法包括：获得主动腿的第一关节的当前角速度；获得被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩；其中，当前角速度对应的主动腿在当前时刻的步行状态与实际输出力矩对应的被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；根据当前角速度和实际输出力矩确定主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；根据摩擦力矩补偿值控制主动腿的第一关节。采用该用于控制外骨骼机器人的方法可提高获得的摩擦力矩补偿值的准确度。本申请还公开一种用于控制外骨骼机器人的装置和外骨骼机器人。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，例如涉及一种用于控制外骨骼机器人的方法、装置和外骨骼机器人。
背景技术
目前，在用户穿戴外骨骼机器人后，外骨骼机器人可为用户提供康复训练、运动辅助等辅助服务。为了在用户使用外骨骼机器人的过程中，使用户与外骨骼机器人可以更好地交互，可以通过设置在外骨骼机器人上的力传感器，检测用户与外骨骼机器人之间的交互力，再通过导纳控制方法，将交互力作为控制系统的输入来调整外骨骼机器人的设定位置。这种控制方案可使外骨骼机器人按照用户的意图进行移动。
为了使外骨骼机器人可快速地响应用户移动的意图，在位置控制器根据获得设定位置来控制外骨骼机器人的过程中，根据指定轴运动的方向以及运动速度确定摩擦力矩的大小，例如，摩擦力矩的方向与指定轴的运动方向相反，摩擦力矩的大小与指定轴的运动速度成比例，这样可对外骨骼机器人的关节的摩擦力矩进行补偿，位置控制器可控制外骨骼机器人快速、准确地运动到设定位置。
在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
在外骨骼机器人的运动过程中，其关节的负荷是变化的，依据运动方向以及运动速度确定的摩擦力矩补偿值不够准确。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供了一种外骨骼机器人的控制方法，以解决获得的摩擦力矩补偿值不够准确的技术问题。
在一些实施例中，外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，用于控制外骨骼机器人的方法包括：获得所述主动腿的第一关节的当前角速度；获得所述被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩；其中，所述当前角速度对应的所述主动腿在当前时刻的步行状态与所述实际输出力矩对应的所述被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节。
可选地，根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值，包括：获得所述当前角速度与预设角速度的角速度差值；获得第一设定系数和第二设定系数的系数差值，获得所述系数差值、第三设定系数和所述角速度差值的乘积，将所述第二设定系数和所述乘积的和，确定为所述摩擦力矩补偿值；其中，所述第一设定系数与所述主动腿的第一关节的静摩擦力正相关，所述第二设定系数与所述主动腿的第一关节的最小动摩擦力正相关，所述第三设定系数与所述实际输出力矩正相关。
可选地，获得所述被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩，包括：获得所述主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度；获得所述被动腿的第二关节在最近一个步行周期中的多组一一对应的角度和角速度；在所述多组一一对应的角度和角速度中，确定与所述主动腿的第二关节当前时刻的角度和角速度相匹配的一组特定角度和特定角速度；在所述被动腿的第二关节处于所述特定角度和所述特定角速度的相同时刻下，获得所述被动腿的第一关节的所述实际输出力矩。
可选地，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，包括：获得所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数；根据所述主动腿的步态参数对所述被动腿进行控制，使所述被动腿按照所述主动腿的步态参数运动。
可选地，所述主动腿的步态参数包括所述主动腿的步行周期，获得所述主动腿的步态参数，包括：获得所述主动腿的髋关节的角度以及角速度上次满足步行周期中特定状态的表示条件的第一时刻；获得所述主动腿的髋关节的角度以及角速度本次满足步行周期中特定状态的表示条件的第二时刻；将所述第二时刻与所述第一时刻之间的时长确定为所述步行周期。
可选地，所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，包括：在所述主动腿的髋关节的角度大于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角速度大于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角速度小于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角度小于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角速度小于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角速度大于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角速度大于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角度小于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角度大于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角速度小于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角度大于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角度小于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
可选地，根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节，包括：获得所述主动腿的第一关节的期望角度与当前角度的当前角度差值；根据角度差值与输出力矩的对应关系，获得与所述当前角度差值相对应的当前输出力矩；获得所述当前输出力矩与所述摩擦力矩补偿值的合力矩；将所述主动腿的第一关节的输出力矩调整至所述合力矩。
在一些实施例中，外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，用于控制外骨骼机器人的装置包括第一获得模块、第二获得模块、确定模块和控制模块，其中，所述第一获得模块被配置为获得所述主动腿的第一关节的当前角速度；所述第二获得模块被配置为获得所述被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩；其中，所述当前角速度对应的所述主动腿在当前时刻的步行状态与所述实际输出力矩对应的所述被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；所述确定模块被配置为根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；所述控制模块被配置为根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节。
在一些实施例中，用于控制外骨骼机器人的装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法。
在一些实施例中，外骨骼机器人包括前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的装置。
本公开实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法、装置和外骨骼机器人，可以实现以下技术效果：
在用户穿戴外骨骼机器人平稳移动的过程中，外骨骼机器人的主动腿和被动腿的步态周期、步态曲线等类似，在步行状态相同的情况下，主动腿上各关节和被动腿上各关节的输出力矩接近，依据被动腿的关节的实际输出力矩来确定主动腿的关节的摩擦力矩补偿值，使摩擦力矩补偿值与主动腿的关节的负荷相适应，提高了获得的摩擦力矩补偿值的准确度。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件视为类似的元件，并且其中：
图1是本公开实施例提供的一种被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动的过程的示意图；
图2是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的方法的示意图；
图3是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的装置的示意图；
图4是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的装置的示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
本公开实施例中的外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，主动腿指的是在用户使用外骨骼机器人的过程中，可直接受用户控制的腿，例如，主动腿中设置有力传感器，用于检测用户施加给主动腿的力，主动腿在该力的作用下运动；被动腿指的是在用户使用外骨骼机器人的过程中，不可直接受用户控制的腿，例如，被动腿中可不设置力传感器，被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动。
在一些具体应用中，在外骨骼机器人的主动腿的各关节的运动过程中，记录每个关节的角度随时间变化的曲线。例如，主动腿处于支撑相，被动腿处于摆动相，此时记录主动腿的各关节的角度随时间变化的曲线，在被动腿由摆动相进入支撑相后，按照前述记录的主动腿的各关节的角度随时间变化的曲线，对被动腿的各关节进行控制，使被动腿的各关节按照前述曲线变化；或者，主动腿处于摆动相，被动腿处于支撑相，此时记录主动腿的各关节的角度随时间变化的曲线，在被动腿由支撑相进入摆动相后，按照前述记录的主动腿的各关节的角度随时间变化的曲线，对被动腿的各关节进行控制，使被动腿的各关节按照前述曲线变化。
如图1所示，被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，包括：
S101、获得主动腿在最近一个步行周期的步态参数。
可选地，主动腿的步态参数包括主动腿的步行周期，获得主动腿的步态参数，包括：获得主动腿的髋关节的角度以及角速度上次满足步行周期中特定状态的表示条件的第一时刻；获得主动腿的髋关节的角度以及角速度本次满足步行周期中特定状态的表示条件的第二时刻；将第二时刻与第一时刻之间的时长确定为步行周期。
这样即可实现被动腿与主动腿的步行周期的同步。
可选地，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，包括：在主动腿的髋关节的角度大于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角速度大于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角速度小于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角度小于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角速度小于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角速度大于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角速度大于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角度小于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角度大于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角速度小于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角度大于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角度小于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
S102、根据主动腿的步态参数对被动腿进行控制，使被动腿按照主动腿的步态参数运动。
另外，主动腿的步态参数还可包括步行周期开始时刻以及步行曲线。其中，前述列举的多个步行周期中的特定时期，均可作为步行周期的开始时刻，步行曲线可以是主动腿的各关节的角度随时间的变化曲线。
采用上述技术方案，即可实现外骨骼机器人的主动腿与被动腿的同步。
图2是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的方法的示意图，该用于控制外骨骼机器人的方法可由外骨骼机器人的控制器执行。
结合图2所示，用于控制外骨骼机器人的方法包括：
S201、获得主动腿的第一关节的当前角速度。
这里主动腿的第一关节可以是主动腿的髋关节、主动腿的膝关节或主动腿的踝关节。
主动腿是按照柔顺控制方案进行控制的。例如，通过设置在主动腿上的力传感器，检测用户与主动腿之间的交互力，再通过导纳控制方法，将交互力作为控制系统的输入来调整主动腿的第一关节的设定角度，再依据该设定角度对主动腿的第一关节进行控制。
S202、获得被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩。
其中，在主动腿的第一关节为主动腿的髋关节的情况下，被动腿的第一关节为被动腿的髋关节；在主动腿的第一关节为主动腿的膝关节的情况下，被动腿的第一关节为被动腿的膝关节；在主动腿的第一关节为主动腿踝关节的情况下，被动腿的第一关节为被动腿的踝关节。
当前角速度对应的主动腿在当前时刻的步行状态与实际输出力矩对应的被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同。
步行周期可包括支撑相和摆动相，其中，支撑相可包括支撑早期、支撑中期、支撑末期和摆动前期，摆动相可包括摆动早期、摆动中期和摆动末期；这里的步行状态可以是步行周期中一个时期。
步行周期中可包括以下动作：右足开始着地、左趾离地、右跟离地、左足开始着地、右趾离地、双足对线、右胫骨直立和右足开始着地；上述步行状态可以是步行周期中的一个动作。
或者，主动腿的步行状态是以主动腿的第二关节的一组角度和角速度来表示的，被动腿的步行状态是以被动腿的第二关节的一组角度和角速度来表示的。
在此基础上，获得被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩，可包括：获得主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度；获得被动腿的第二关节在最近一个步行周期中的多组一一对应的角度和角速度；在多组一一对应的角度和角速度中，确定与主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度相匹配的一组特定角度和特定角速度；在被动腿的第二关节处于特定角度和特定角速度的相同时刻下，获得被动腿的第一关节的实际输出力矩。
在被动腿的运动过程中，实时检测被动腿的角度、角速度以及输出力矩，同一时刻获得的被动腿的第二关节的角度、角速度以及第一关节的输出力矩一一对应，将一一对应的角度、角速度以及第一关节的输出力矩预存在数据库中。在获得主动腿的第二关节在当前时刻的速度和角速度后，即可读取数据库中的数据以获得被动腿的第二关节在最近一个步行周期中的多组一一对应的角度和角速度；在确定出特定角度和特定角速度后，即可在数据库获得被动腿的第一关节的输出力矩。
主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度，与特定角度和特定角速度相匹配，指的是主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度表示的行走状态，与特定角度和特定角速度表示的行走状态相同。
在多组一一对应的角度和角速度中，确定与主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度相匹配的一组特定角度和特定角速度，可包括：将一组一一对应的角度和角速度作为一个历史坐标的横纵坐标，可获得多个历史坐标；以主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度作为当前坐标的横纵坐标，获得当前坐标每个历史坐标的距离；将与当前坐标距离最近的历史坐标中的角度和角速度，确定为与当前角度和当前角速度相匹配的特定角度和特定角速度。
在一些具体应用中，第一关节和第二关节可以是相同的关节，例如，第一关节和第二关节均为髋关节；或者，第一关节和第二关节均为膝关节；或者，第一关节和第二关节均为踝关节。
第一关节和第二关节还可以是不同的关节，例如，在第一关节为髋关节的情况下，第二关节可以是膝关节或踝关节；或者，在第一关节为膝关节的情况下，第二关节可以是髋关节或踝关节；或者，在第一关节为踝关节的情况下，第二关节可以是髋关节或膝关节。
在一些应用场景中，主动腿处于摆动相，被动腿处于支撑相，可获得被动腿在上一个摆动相中，其第一关节的实际输出力矩；或者，主动腿处于支撑相，被动腿处于摆动相，可获得被动腿在上一个支撑相中，其第一关节的实际输出力矩。
S203、根据当前角速度和实际输出力矩确定主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值。
可选地，根据当前角速度和实际输出力矩确定主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值，包括：获得当前角速度与预设角速度的角速度差值；获得第一设定系数和第二设定系数的系数差值，获得系数差值、第三设定系数和角速度差值的乘积，将第二设定系数和乘积的和，确定为摩擦力矩补偿值；其中，第一设定系数与主动腿的第一关节的静摩擦力正相关，第二设定系数与主动腿的第一关节的最小动摩擦力正相关，第三系数与实际输出力矩正相关。
通过上述技术方案即可获得主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值，摩擦力矩补偿值的方向与主动腿的第一关节的角速度方向相反。
在一些具体应用中，在当前角速度的绝对值小于预设角速度的绝对值的情况下，将摩擦力矩补偿值确定为恒定值，该恒定值可以是零，还可以是远远小于主动腿的第一关节在正常运动时输出的力矩，例如，该恒定值小于主动腿的第一关节在匀速运动时输出的平均力矩的1/5、1/10或更小。在当前角速度的绝对值大于或等于预设角速度的绝对值的情况下，再按照前述方案获得主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值。
S204、根据摩擦力矩补偿值控制主动腿的第一关节。
这里根据摩擦力矩补偿值控制主动腿的第一关节，指的是利用摩擦力矩补偿值对主动腿的第一关节，使主动腿的第一关节的位置控制器和/或速度控制器在对主动腿的第一关节进行控制时，无需兼顾主动腿的摩擦力矩。
例如，根据摩擦力矩补偿值控制主动腿的第一关节，包括：获得主动腿的第一关节的期望角度与当前角度的当前角度差值；根据角度差值与输出力矩的对应关系，获得与当前角度差值相对应的当前输出力矩；获得当前输出力矩与摩擦力矩补偿值的合力矩；将主动腿的第一关节的输出力矩调整至合力矩。
其中，主动腿的第二关节的期望角度可以是采用柔顺控制方案，依据主动腿的第二关节所受外力确定的。
角度差值与输出力矩的对应关系可以数据表的形式存储在数据库中，在获得当前角度差值后，即可在数据库中获得与当前角度差值相对应的当前输出力矩。或者，角度差值与输出力矩的对应关系通过具有消除偏差功能的控制器中控制算法体现，例如比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制器，或者线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator，LQR)，在获得当前角度差值之后，将当前角度差值输入至具有消除偏差功能的控制器中，控制器即可输出与当前角度差值相对应的当前输出力矩。
在用户穿戴外骨骼机器人平稳移动的过程中，外骨骼机器人的主动腿和被动腿的步态周期、步态曲线等类似，在步行状态相同的情况下，主动腿上各关节和被动腿上各关节的输出力矩接近，依据被动腿的关节的实际输出力矩来确定主动腿的关节的摩擦力矩补偿值，使摩擦力矩补偿值与主动腿的关节的负荷相适应，提高了获得的摩擦力矩补偿值的准确度。
由于主动腿按照柔顺控制方案进行控制，在其运动过程中，用户施加给主动腿的力不是稳定变化的，即，主动腿检测到的力不是稳定变化的，依据该不稳定变化的力确定的设定角度也是不稳定变化的，主动腿的设定角度与实际角度的差值也是不稳定变化的，导致主动腿的第一关节输出的力矩不稳定，无法依据该力矩获得准确的摩擦力矩补偿值。
被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，被动腿的第一关节的设定角度按照主动腿的第一关节的角度变化曲线进行变化，即使主动腿的第一关节的输出力矩不稳定变化，在平稳行走过程中，主动腿的第一关节的角度变化也是比较平稳的(这里的“比较平稳”，是相对于主动腿的第一关节的输出力矩的变化情况而言的)，被动腿的第一关节的输出力矩与实际行走过程更加适配。
又由于被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，所以被动腿将“复现”主动腿的动作，在主动腿的步行状态与被动腿的步行状态相同的情况下，被动腿的第一关节的实际输出力矩与步行状态更加适配，故，以被动腿的第一关节的实际输出力矩确定主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值，可使摩擦力矩补偿值更加符合主动腿的实际步行状态。
图3是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的装置的示意图。该用于控制外骨骼机器人的装置以软件、硬件或二者结合的形式实现。
外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，结合图3所示，用于控制外骨骼机器人的装置包括：第一获得模块31、第二获得模块32、确定模块33和控制模块34，其中，第一获得模块31被配置为获得主动腿的第一关节的当前角速度；第二获得模块32被配置为获得被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩；确定模块33被配置为根据当前角速度和实际输出力矩确定主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；其中，当前角速度对应的主动腿在当前时刻的步行状态与实际输出力矩对应的被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；控制模块34被配置为根据摩擦力矩补偿值控制主动腿的第一关节。
在用户穿戴外骨骼机器人平稳移动的过程中，外骨骼机器人的主动腿和被动腿的步态周期、步态曲线等类似，在步行状态相同的情况下，主动腿上各关节和被动腿上各关节的输出力矩接近，依据被动腿的关节的实际输出力矩来确定主动腿的关节的摩擦力矩补偿值，使摩擦力矩补偿值与主动腿的关节的负荷相适应，提高了获得的摩擦力矩补偿值的准确度。
可选地，确定模块包括第一获得单元和第一确定单元，其中，第一获得单元被配置为获得当前角速度与预设角速度的角速度差值；第一确定单元被配置为获得第一设定系数和第二设定系数的系数差值，获得系数差值、第三设定系数和角速度差值的乘积，将第二设定系数和乘积的和，确定为摩擦力矩补偿值；其中，第一设定系数与主动腿的第一关节的静摩擦力正相关，第二设定系数与主动腿的第一关节的最小动摩擦力正相关，第三设定系数与实际输出力矩正相关。
可选地，第二获得模块包括第二获得单元、第三获得单元、第二确定单元和第四获得单元，其中，第二获得单元被配置为获得主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度；第三获得单元被配置为获得被动腿的第二关节在最近一个步行周期中的多组一一对应的角度和角速度；第二确定单元被配置为在多组一一对应的角度和角速度中，确定与主动腿的第二关节当前时刻的角度和角速度相匹配的一组特定角度和特定角速度；第四获得单元被配置为在被动腿的第二关节处于特定角度和特定角速度的相同时刻下，获得被动腿的第一关节的实际输出力矩。
可选地，被动腿按照主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，包括：获得主动腿在最近一个步行周期中的步态参数；根据主动腿的步态参数对被动腿进行控制，使被动腿按照主动腿的步态参数运动。
可选地，主动腿的步态参数包括主动腿的步行周期，获得主动腿的步态参数，包括：获得主动腿的髋关节的角度以及角速度上次满足步行周期中特定状态的表示条件的第一时刻；获得主动腿的髋关节的角度以及角速度本次满足步行周期中特定状态的表示条件的第二时刻；将第二时刻与第一时刻之间的时长确定为步行周期。
可选地，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，包括：在主动腿的髋关节的角度大于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角速度大于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角速度小于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角度小于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角速度小于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角速度大于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角速度大于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角度小于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角度大于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
或者，主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，可包括：在主动腿的髋关节的角速度小于零的情况下，如果上次获得的主动腿的髋关节的角度大于零，且本次获得的主动腿的髋关节的角度小于零，则确定主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
可选地，控制模块包括第五获得单元、第六获得单元、第七获得单元和控制单元，其中，第五获得单元被配置为获得主动腿的第一关节的期望角度与当前角度的当前角度差值；第六获得单元被配置为根据角度差值与输出力矩的对应关系，获得与当前角度差值相对应的当前输出力矩；第七获得单元被配置为获得当前输出力矩与摩擦力矩补偿值的合力矩；控制单元被配置为将主动腿的第一关节的输出力矩调整至合力矩。
在一些实施例中，用于控制外骨骼机器人的装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法。
图4是本公开实施例提供的一种用于控制外骨骼机器人的装置的示意图。结合图4所示，用于控制外骨骼机器人的装置包括：
处理器(processor)41和存储器(memory)42，还可以包括通信接口(Communication Interface)43和总线44。其中，处理器41、通信接口43、存储器42可以通过总线44完成相互间的通信。通信接口43可以用于信息传输。处理器41可以调用存储器42中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法。
此外，上述的存储器42中的逻辑指令可以通过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。
存储器42作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器41通过运行存储在存储器42中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器42可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器42可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。
本公开实施例提供了一种外骨骼机器人，包含前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的装置。
本公开实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法。
本公开实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行前述实施例提供的用于控制外骨骼机器人的方法。
上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。
本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或一个以上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)执行本公开实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机读取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。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、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。
本领域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，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置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。
本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，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，可以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。另外，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。另外，在本公开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。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或一个以上用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
Claims (10)
1.一种用于控制外骨骼机器人的方法，其特征在于，所述外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，所述方法包括：
获得所述主动腿的第一关节的当前角速度；
获得所述被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩；其中，所述当前角速度对应的所述主动腿在当前时刻的步行状态与所述实际输出力矩对应的所述被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；
根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；
根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值，包括：
获得所述当前角速度与预设角速度的角速度差值；
获得第一设定系数和第二设定系数的系数差值，获得所述系数差值、第三设定系数和所述角速度差值的乘积，将所述第二设定系数和所述乘积的和，确定为所述摩擦力矩补偿值；
其中，所述第一设定系数与所述主动腿的第一关节的静摩擦力正相关，所述第二设定系数与所述主动腿的第一关节的最小动摩擦力正相关，所述第三设定系数与所述实际输出力矩正相关。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得所述被动腿的第一关节在最近一个步行周期中的实际输出力矩，包括：
获得所述主动腿的第二关节在当前时刻的角度和角速度；
获得所述被动腿的第二关节在最近一个步行周期中的多组一一对应的角度和角速度；
在所述多组一一对应的角度和角速度中，确定与所述主动腿的第二关节当前时刻的角度和角速度相匹配的一组特定角度和特定角速度；
在所述被动腿的第二关节处于所述特定角度和所述特定角速度的相同时刻下，获得所述被动腿的第一关节的所述实际输出力矩。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，包括：
获得所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数；
根据所述主动腿的步态参数对所述被动腿进行控制，使所述被动腿按照所述主动腿的步态参数运动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述主动腿的步态参数包括所述主动腿的步行周期，获得所述主动腿的步态参数，包括：
获得所述主动腿的髋关节的角度以及角速度上次满足步行周期中特定状态的表示条件的第一时刻；
获得所述主动腿的髋关节的角度以及角速度本次满足步行周期中特定状态的表示条件的第二时刻；
将所述第二时刻与所述第一时刻之间的时长确定为所述步行周期。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件，包括：
在所述主动腿的髋关节的角度大于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角速度大于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角速度小于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角度小于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角速度小于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角速度大于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角速度大于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角度小于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角度大于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件；
或者，
在所述主动腿的髋关节的角速度小于零的情况下，如果上次获得的所述主动腿的髋关节的角度大于零，且本次获得的所述主动腿的髋关节的角度小于零，则确定所述主动腿的髋关节的角度以及角速度满足步行周期中特定时期的表示条件。
7.根据权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节，包括：
获得所述主动腿的第一关节的期望角度与当前角度的当前角度差值；
根据角度差值与输出力矩的对应关系，获得与所述当前角度差值相对应的当前输出力矩；
获得所述当前输出力矩与所述摩擦力矩补偿值的合力矩；
将所述主动腿的第一关节的输出力矩调整至所述合力矩。
8.一种用于控制外骨骼机器人的装置，其特征在于，所述外骨骼机器人包括主动腿和被动腿，所述被动腿按照所述主动腿在最近一个步行周期中的步态参数运动，所述装置包括：
第一获得模块，被配置为获得所述主动腿的第一关节的当前角速度；
第二获得模块，被配置为获得所述被动腿的第一关节在所述最近一个步行周期中的实际输出力矩；其中，所述当前角速度对应的所述主动腿在当前时刻的步行状态与所述实际输出力矩对应的所述被动腿在最近一个步行周期中的步行状态相同；
确定模块，被配置为根据所述当前角速度和所述实际输出力矩确定所述主动腿的第一关节的摩擦力矩补偿值；
控制模块，被配置为根据所述摩擦力矩补偿值控制所述主动腿的第一关节。
9.一种用于控制外骨骼机器人的装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至7任一项所述的用于控制外骨骼机器人的方法。
10.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的用于控制外骨骼机器人的装置。
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