CN114253260B - 机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质 - Google Patents
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- G05D1/0223—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory involving speed control of the vehicle
Abstract
本申请提供一种机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质，涉及机器人控制技术领域。本申请根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息、当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息以及下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划当前步态周期的剩余迈步时间段的第一质心高度变化轨迹和下一步态周期的第二质心高度变化轨迹，进而通过第一质心高度变化轨迹、第二质心高度变化轨迹、当前时刻的质心前向实时信息及下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算出当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置，从而基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力及运动稳定性。
Description
技术领域
本申请涉及机器人控制技术领域，具体而言，涉及一种机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质。
背景技术
随着科学技术的不断发展，机器人技术因具有极大的研究价值及应用价值受到了各行各业的广泛重视，其中仿人机器人控制便是当前机器人控制技术领域中的一项重要研究方向。目前在对仿人机器人进行步态轨迹规划时，往往是将该仿人机器人视为一个运动简化模型(例如，线性倒立摆模型、弹簧倒立摆模型)进行相关步态规划作业。但需要注意的是，这种步态规划方案会因简化模型本身限制，导致规划出的步态轨迹需要维持仿人机器人的质心高度保持不变，并对仿人机器人的有效工作空间范围造成了极大的限制，以致于仿人机器人在处于较为复杂环境(例如，外界大风干扰环境、地面高度不均环境等)下按照规划出的步态轨迹运动时的抗干扰能力差，运动稳定性不佳。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质，能够基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性。
为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种机器人步态规划方法，所述方法包括：
根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，其中所述剩余迈步时间段为从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段；
根据所述第一质心高度期望信息以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹；
根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
在可选的实施方式中，所述质心高度实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心高度实时位置及质心高度变化实时速度，所述第一质心高度期望信息包括所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望位置及第一质心高度变化期望速度，所述规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹的步骤，包括：
以所述质心高度实时位置作为质心高度变化起始位置、以所述质心高度变化实时速度作为质心高度变化起始速度、以所述第一质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以所述第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化速度轨迹；
对所述第一质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度变化加速度轨迹。
在可选的实施方式中，所述第二质心高度期望信息包括所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望位置及第二质心高度变化期望速度，所述规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹的步骤，包括：
以所述第一质心高度期望位置作为质心高度变化起始位置、以所述第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化起始速度、以所述第二质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以所述第二质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化速度轨迹；
对所述第二质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度变化加速度轨迹。
在可选的实施方式中，所述质心前向实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时位置及质心前向实时速度，所述根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置的步骤，包括：
按照机器人运动学规律根据所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化加速度轨迹，建立所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第一关联关系；
按照机器人运动学规律根据所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化加速度轨迹，建立所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第二关联关系；
对所述第一关联关系与所述第二关联关系分别进行关系离散化处理，得到所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一离散化关系式以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二离散化关系式；
将所述质心前向实时位置与所述质心前向实时速度代入所述第一离散化关系式计算得到所述质心前向期望信息包括的质心前向期望位置及质心前向期望速度；
将所述质心前向期望速度及所述质心前向期望终止速度代入所述第二离散化关系式计算得到所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置；
根据所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与所述仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系，对所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置进行位置转换，得到所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点期望位置。
在可选的实施方式中，所述第一关联关系采用如下式子进行表达：
所述第一离散化关系式采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，z1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向加速度，Δt1用于表示所述剩余迈步时间段的离散时间间隔，T用于表示当前步态周期的周期时长，t0用于表示当前时刻在当前步态周期内所对应的停留时长，σ1(i)用于表示所述剩余迈步时间段内第i个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x1(0)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度，x1(N)用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望位置，/>用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望速度；其中，所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置采用所述质心前向实时位置进行表达，所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度采用所述质心前向实时速度进行表达。
在可选的实施方式中，所述第二关联关系采用如下式子进行表达：
所述第一离散化关系式采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，z2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向加速度，Δt2用于表示下一步态周期的离散时间间隔，T用于表示下一步态周期的周期时长，σ2(j)用于表示下一步态周期内第j个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度，x2(M)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止位置，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度；其中，所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度采用所述质心前向期望速度进行表达，所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度采用所述质心前向期望终止速度进行表达。
在可选的实施方式中，所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与所述仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系采用如下式子进行表达：
x2(0)＝-xfoot；
其中，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置，xfoot用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点在质心前向方向上相对于质心的落足点位置。
第二方面，本申请提供一种机器人步态规划装置，所述装置包括：
质心高度变化规划模块，用于根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，其中所述剩余迈步时间段为从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段；
所述质心高度变化规划模块，还用于根据所述第一质心高度期望信息以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹；
质心前向落足计算模块，用于根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
第三方面，本申请提供一种运动规划设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现前述实施方式中任意一项所述的机器人步态规划方法。
第四方面，本申请提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现前述实施方式中任意一项所述的机器人步态规划方法。
在此情况下，本申请实施例的有益效果包括以下内容：
本申请根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息及在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划该仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，并根据第一质心高度期望信息以及仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹，进而通过第一质心高度变化轨迹、第二质心高度变化轨迹、仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算出仿人机器人在当前步态周期末尾的满足机器人运动学规律的质心前向期望信息以及落足点期望位置，从而基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
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运动规划设备的组成示意图；
图2为本申请实施例提供的仿人机器人的迈步示意图；
图3为本申请实施例提供的机器人步态规划方法的流程示意图；
图4为图3中步骤S210包括的子步骤的流程示意图；
图5为图3中步骤S220包括的子步骤的流程示意图；
图6为图3中步骤S230包括的子步骤的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的机器人步态规划装置的组成示意图。
图标：10-运动规划设备；11-存储器；12-处理器；13-通信单元；100-机器人步态规划装置；110-质心高度变化规划模块；120-质心前向落足计算模块。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“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，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
请参照图1，图1是本申请实施例提供的运动规划设备10的组成示意图。在本申请实施例中，所述运动规划设备10用于获取仿人机器人的实时运动状况，并基于获取到的机器人实时状态对该仿人机器人进行质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，同时也可通过规划出的落足点位置提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性，确保该仿人机器人能够达到期望的运动速度。在此过程中，所述运动规划设备10可以与仿人机器人远程通信连接，也可以与所述仿人机器人集成在一起，用以向该仿人机器人下达自身规划好的机器人步态轨迹，使该仿人机器人按照得到的机器人步态轨迹进行运动。
在本实施例中，所述运动规划设备10可以包括存储器11、处理器12、通信单元13及机器人步态规划装置100。其中，所述存储器11、所述处理器12及所述通信单元13各个元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，所述存储器11、所述处理器12及所述通信单元13这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。
在本实施例中，所述存储器11可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(ProgrammableRead-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-OnlyMemory，EEPROM)等。其中，所述存储器11用于存储计算机程序，所述处理器12在接收到执行指令后，可相应地执行所述计算机程序。
在本实施例中，所述处理器12可以是一种具有信号的处理能力的集成电路芯片。所述处理器12可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)及网络处理器(Network Processor，NP)、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件中的至少一种。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，可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
在本实施例中，所述通信单元13用于通过网络建立所述运动规划设备10与其他电子设备之间的通信连接，并通过所述网络收发数据，其中所述网络包括有线通信网络及无线通信网络。例如，所述运动规划设备10可通过所述通信单元13从仿人机器人处获取该仿人机器人的实时运动状态。
在本实施例中，所述机器人步态规划装置100包括至少一个能够以软件或固件的形式存储于所述存储器11中或者固化在所述运动规划设备10的操作系统中的软件功能模块。所述处理器12可用于执行所述存储器11存储的可执行模块，例如所述机器人步态规划装置100所包括的软件功能模块及计算机程序等。所述运动规划设备10可通过所述机器人步态规划装置100基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性。
可以理解的是，图1所示的框图仅为所述运动规划设备10的一种组成示意图，所述运动规划设备10还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
而对仿人机器人来说，可以参照图2所示的仿人机器人的迈步示意图对机器人迈步运动进行描述。在本实施例中，所述仿人机器人在实现单个步伐的迈步过程中存在双腿支撑状态以及单腿支撑状态。其中，当所述仿人机器人在开始进行迈步时处于双腿支撑状态，此时需要选定该仿人机器人在后续迈步过程中持续保持支撑状态的支撑足，以确保该仿人机器人保持站立状态，并将该仿人机器人的除支撑足所在腿部之外的另一条腿作为需要进行移动轨迹变化的摆动腿，由该摆动腿进行实质迈步动作，使该仿人机器人从双腿支撑状态转变为单腿支撑状态直至该摆动腿再次落地为止。在此过程中，摆动腿的移动轨迹变化包括摆动腿抬腿操作、摆动腿腾空操作以及摆动腿落脚操作各自引起的腿部末端位置变化。
由此，所述仿人机器人的一个迈步操作所对应的步态周期可相应划分为一个双腿支撑期及一个单腿支撑期。双腿支撑期即为仿人机器人处于双腿支撑状态的时间段，仿人机器人的摆动腿在双腿支撑期内尚未离开地面，也能在一定程度上起到支撑作用；单腿支撑期即为仿人机器人处于单腿支撑状态的时间段，此时单腿支撑期将对应包括摆动腿抬腿期、摆动腿腾空期及摆动腿落脚期。其中，所述摆动腿抬腿期即为仿人机器人的摆动腿从开始抬腿尝试离地到完全离地的时间段，所述摆动腿腾空期即为所述仿人机器人的摆动腿从完全离地开始到腾空到腿部最高点位置的时间段，所述摆动腿落脚期即为所述仿人机器人的摆动腿从腾空到腿部最高点位置开始到重新落地的时间段。
在此过程中，可以理解的是，当仿人机器人的支撑足的足底与地面接触时，可将地面的与支撑足接触的位置(即支撑足位置)作为世界坐标系的原点建立笛卡尔右手坐标系，使X轴的正方向代表仿人机器人的前进方向，使Z轴的正方向垂直地面向上，以通过Z轴辅助描述所述仿人机器人特定部位(例如，质心)在行走过程中的高度位置变化状况，通过X轴辅助描述所述仿人机器人特定部位(例如，质心)在行走过程中的前向移动状况。
因此，所述仿人机器人在单个步态周期所对应的笛卡尔右手坐标系确定自身各部件在整个世界坐标系中的位置分布状况，并基于该笛卡尔右手坐标系将机器人各部件移动到特定位置处，从而实现想要的运动效果。
同时，可以理解的是，当所述仿人机器人需要达成连续两步的迈步效果，所述仿人机器人在执行完一个步伐所对应的迈步操作后，会将当前迈步操作的已落地的摆动腿的足部作为下一步伐所对应的支撑足，并将当前迈步操作的支撑足所在腿部作为下一步伐所对应的摆动腿，此时需要重新以下一步伐所对应的支撑足位置作为原点构建下一步伐所对应的笛卡尔右手坐标系。
在本申请中，为确保所述运动规划设备10能够基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性，本申请实施例提供一种机器人步态规划方法实现前述目的。下面对本申请提供的机器人步态规划方法进行详细描述。
请参照图3，图3是本申请实施例提供的机器人步态规划方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述机器人步态规划方法可以包括步骤S210～步骤S230。
步骤S210，根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹。
在本实施例中，所述运动规划设备10可通过安装在所述仿人机器人身上的力传感器、姿态传感器等传感器件，获取所述仿人机器人的实时运动状态，其中所述实时运动状态包括所述仿人机器人在当前步态周期内的当前时刻的质心高度实时信息及质心前向实时信息，所述质心高度实时信息用于表示所述仿人机器人在当前时刻的质心相对于支撑足位置(即支撑腿受到地面的反作用力的位置)在Z轴正方向上的质心高度相关信息，所述质心前向实时信息用于表示所述仿人机器人在当前时刻的质心相对于支撑足位置在X轴正方向(即前向方向)上的质心前进相关信息。
其中，所述质心高度实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心高度实时位置及质心高度变化实时速度，所述质心高度实时位置用于表示机器人质心相对于当前步态周期的支撑足位置的实时高度，所述质心高度变化实时速度用于表示机器人质心相对于当前步态周期的支撑足位置的高度变化实时速度。
所述第一质心高度期望信息用于表示所述仿人机器人的质心在当前步态周期末尾时刻相对于支撑足位置期望实现的与Z轴正方向对应的质心高度相关信息，所述第一质心高度期望信息包括所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望位置及第一质心高度变化期望速度。所述第一质心高度期望信息可由用户通过外部设备远程发送给所述运动规划设备10，或者由用户预先配置在所述运动规划设备10中。
此时，所述剩余迈步时间段为当前步态周期内的从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段。所述运动规划设备10可将所述仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息作为所述剩余迈步时间段的时段起始点的质心高度相关信息，并将所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息作为所述剩余迈步时间段的时段终止点的质心高度相关信息进行轨迹规划，得到与仿人机器人当前的质心高度实时信息适配的高度可调的第一质心高度变化轨迹。
可选地，请参照图4，图4是图3中步骤S210包括的子步骤的流程示意图。在本实施例中，所述步骤S210可以包括子步骤S211及步骤S212，以精准构建与仿人机器人当前的质心高度实时信息适配的第一质心高度变化轨迹。
子步骤S211，以质心高度实时位置作为质心高度变化起始位置、以质心高度变化实时速度作为质心高度变化起始速度、以第一质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化速度轨迹。
在本实施例中，可采用三阶标准多项式来构建所述第一质心高度位置轨迹的初始表达式，并采用该三阶标准多项式的一阶导数作为所述第一质心高度变化速度轨迹的初始表达式，而后使用所述质心高度实时位置作为所述第一质心高度位置轨迹的质心高度变化起始位置，使用所述第一质心高度期望位置作为所述第一质心高度位置轨迹的质心高度变化终止位置，使用所述质心高度变化实时速度作为所述第一质心高度变化速度轨迹的质心高度变化起始速度，使用所述第一质心高度变化期望速度作为所述第一质心高度变化速度轨迹的质心高度变化终止速度，进而对前述两个初始表达式进行轨迹拟合处理，得到所述第一质心高度变化速度轨迹与所述第一质心高度变化速度轨迹各自的实际表达式。
子步骤S212，对第一质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度变化加速度轨迹。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S211及子步骤S212，精准构建与仿人机器人当前的质心高度实时信息适配的第一质心高度变化轨迹。
步骤S220，根据第一质心高度期望信息以及仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹。
在本实施例中，所述第二质心高度期望信息用于表示所述仿人机器人的质心在下一步态周期末尾时刻相对于支撑足位置期望实现的与Z轴正方向对应的质心高度相关信息，所述第二质心高度期望信息包括所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望位置及第二质心高度变化期望速度。所述第二质心高度期望信息可由用户通过外部设备远程发送给所述运动规划设备10，或者由用户预先配置在所述运动规划设备10中。
此时，所述运动规划设备10可将所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息作为下一步态周期的周期起始点的质心高度相关信息，并将所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息作为周期终止点的质心高度相关信息进行轨迹规划，得到与仿人机器人在下一步态周期内期望实现的第二质心高度变化轨迹。
可选地，请参照图5，图5是图3中步骤S220包括的子步骤的流程示意图。在本实施例中，所述步骤S220可以包括子步骤S221及步骤S222，以精准构建仿人机器人在下一步态周期内期望实现的第二质心高度变化轨迹。
步骤S221，以第一质心高度期望位置作为质心高度变化起始位置、以第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化起始速度、以第二质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以第二质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化速度轨迹。
在本实施例中，当所述仿人机器人从当前步态周期步入到下一步态周期时，需要进行支撑足切换并重建新支撑足的笛卡尔右手坐标系，但值得注意的是，所述仿人机器人的质心在当前步态周期末尾相对于对应支撑足位置在Z轴方向上的质心高度相关信息，与所述仿人机器人的质心在下一步态周期的初始时刻相对于对应支撑足位置在Z轴方向上的质心高度相关信息并不会发生变化。因此，也可直接采用三阶标准多项式来构建所述第二质心高度位置轨迹的初始表达式，并采用该三阶标准多项式的一阶导数作为所述第二质心高度变化速度轨迹的初始表达式，而后使用所述第一质心高度期望位置作为所述第二质心高度位置轨迹的质心高度变化起始位置，使用所述第二质心高度期望位置作为所述第二质心高度位置轨迹的质心高度变化终止位置，使用所述第二质心高度变化期望速度作为所述第二质心高度变化速度轨迹的质心高度变化起始速度，进而对前述两个初始表达式进行轨迹拟合处理，得到所述第二质心高度变化速度轨迹与所述第二质心高度变化速度轨迹各自的实际表达式。
子步骤S222，对第二质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度变化加速度轨迹。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S221及子步骤S222，精准构建仿人机器人在下一步态周期内期望实现的第二质心高度变化轨迹。
步骤S230，根据第一质心高度变化轨迹、第二质心高度变化轨迹、仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
在本实施例中，所述质心前向实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时位置及质心前向实时速度，所述质心前向实时位置用于表示机器人质心在X轴正方向(质心前向方向)上相对于当前步态周期的支撑足位置的实质位置，所述质心前向实时速度用于表示机器人质心在X轴正方向(质心前向方向)上相对于当前步态周期的支撑足位置的实质速度。所述质心前向期望终止速度用于表示所述仿人机器人的质心在下一步态周期末尾时相对于对应支撑足位置的与质心前向方向匹配的期望速度。
此时，所述运动规划设备10将基于所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，按照机器人运动学规律求解出与仿人机器人的实时运动状态匹配的剩余迈步时间段的步态运动轨迹。其中，求解出的所述步态运动轨迹用于实现所述质心前向期望终止速度，所述步态运动轨迹对应包括所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置，所述质心前向期望信息用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾期望实现的质心前向期望位置及质心前向期望速度，所述落足点期望位置用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾期望实现的摆动腿的落足点位置。
可选地，请参照图6，图6是图3中步骤S230包括的子步骤的流程示意图。在本实施例中，所述步骤S230可以包括子步骤S231～子步骤S236，以精准计算出与仿人机器人的实时运动状态匹配的剩余迈步时间段的步态运动轨迹，并通过所述步态运动轨迹实现下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，从而提高仿人机器人的运动抗干扰能力以及运动稳定性。
子步骤S231，按照机器人运动学规律根据第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化加速度轨迹，建立仿人机器人在剩余迈步时间段内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第一关联关系。
在本实施例中，所述机器人运动学规律在所述仿人机器人处可采用质心运动学模型进行表示：
/>
其中，用于表示仿人机器人质心相对于支撑足位置的高度变化加速度，在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度位置轨迹，/>用于表示仿人机器人质心相对于支撑足位置的质心前向加速度，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，fX用于表示支撑足在X轴正方向(质心前向方向)上的受力分量，fZ用于表示支撑足在Z轴正方向上的受力分量。
而对所述仿人机器人来说，其在步态规划过程中可保持上身姿态竖直，确保两条腿属于类对称运动，即保证所述仿人机器人在Y轴方向上的姿态角动量变化率为零，此时即可得到如下关系式：
fZX-fXZ＝0；
其中，Z用于表示仿人机器人质心相对于支撑足位置的高度位置，X用于表示仿人机器人质心相对于支撑足位置的质心前向位置。
此时，所述第一关联关系即可采用如下式子进行表达：
其中，z1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向加速度。
步骤S232，按照机器人运动学规律根据第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化加速度轨迹，建立仿人机器人在下一步态周期内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第二关联关系。
在本实施例中，所述第二关联关系即可采用如下式子进行表达：
其中，z2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向加速度。
子步骤S233，对第一关联关系与第二关联关系分别进行关系离散化处理，得到仿人机器人在当前步态周期末尾的第一离散化关系式以及仿人机器人在下一步态周期末尾的第二离散化关系式。
在本实施例中，当所述运动规划设备10确定出所述第一关联关系后，可对所述第一关联关系进行关系离散化处理，得到第一关联离散化关系，此时所述第一关联离散化关系可采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，Δt1用于表示所述剩余迈步时间段的离散时间间隔，T用于表示当前步态周期的周期时长，t0用于表示当前时刻在当前步态周期内所对应的停留时长，N用于表示所述剩余迈步时间段的离散点总数目，x1(k)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内第k个离散点的质心前向位置，用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内第k个离散点的质心前向速度，σ1(k)用于表示所述剩余迈步时间段内第k个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x1(k+1)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内第k+1个离散点的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内第k+1个离散点的质心前向速度。
此时，所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一离散化关系式即可采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，z1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向加速度，Δt1用于表示所述剩余迈步时间段的离散时间间隔，T用于表示当前步态周期的周期时长，t0用于表示当前时刻在当前步态周期内所对应的停留时长，σ1(i)用于表示所述剩余迈步时间段内第i个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x1(0)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度，x1(N)用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望位置，/>用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望速度。
在本实施例中，当所述运动规划设备10确定出所述第二关联关系后，可对所述第二关联关系进行关系离散化处理，得到第二关联离散化关系，此时所述第二关联离散化关系可采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，Δt2用于表示下一步态周期的离散时间间隔，T用于表示下一步态周期的周期时长，M用于表示下一步态周期的离散点总数目，x2(l)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内第l个离散点的质心前向位置，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内第l个离散点的质心前向速度，σ2(l)用于表示下一步态周期内第l个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x2(l+1)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内第k+1个离散点的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内第k+1个离散点的质心前向速度。
此时，所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二离散化关系式即可采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，z2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向加速度，Δt2用于表示下一步态周期的离散时间间隔，T用于表示下一步态周期的周期时长，σ2(j)用于表示下一步态周期内第j个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度，x2(M)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止位置，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度。
子步骤S234，将质心前向实时位置与质心前向实时速度代入第一离散化关系式计算得到质心前向期望信息包括的质心前向期望位置及质心前向期望速度。
在本实施例中，所述第一离散化关系式中的所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置可采用所述质心前向实时位置进行表达，所述第一离散化关系式中的所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度采用所述质心前向实时速度进行表达。
子步骤S235，将质心前向期望速度及质心前向期望终止速度代入第二离散化关系式计算得到仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置。
在本实施例中，所述第二离散化关系式中的所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度采用所述质心前向期望速度进行表达，所述第二离散化关系式中的所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度采用所述质心前向期望终止速度进行表达。此时，通过所述第二离散化关系式对下一步态周期内的质心前向起始位置、下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度及当前步态周期末尾的质心前向期望速度之间的数值关系即可采用如下式子进行表达：
由此，本申请可通过执行上述式子计算出所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置。
子步骤S236，根据仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系，对仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置进行位置转换，得到仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点期望位置。
在本实施例中，对于相邻的当前步态周期及下一步态周期来说，当前步态周期的摆动腿即为下一步态周期的持续维持支撑状态的支撑腿，即当前步态周期末尾的摆动腿的落足点位置实质与下一步态周期的支撑足位置在世界坐标系下的空间位置保持一致，此时所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与所述仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系采用如下式子进行表达：
x2(0)＝-xfoot；
其中，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置，xfoot用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点在质心前向方向上相对于质心的落足点位置。
因此，所述运动规划设备10即可在上述位置对应关系表达式的基础上，直接求得所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点在质心前向方向上相对于质心的落足点位置，同时也可基于所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心相对于支撑足位置的质心前向期望位置对所述落足点相对于质心的落足点位置进行转换，得到所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点相对于支撑足位置的落足点期望位置。
由此，本申请可通过执行上述子步骤S231～子步骤S236，精准计算出与仿人机器人的实时运动状态匹配的剩余迈步时间段的步态运动轨迹，并通过所述步态运动轨迹实现下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，从而提高仿人机器人的运动抗干扰能力以及运动稳定性。
同时，本申请可通过执行上述步骤S210～步骤S230，基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性。
在本申请中，为确保所述运动规划设备10能够通过所述机器人步态规划装置100执行上述机器人步态规划方法，本申请通过对所述机器人步态规划装置100进行功能模块划分的方式实现前述功能。下面对本申请提供的机器人步态规划装置100的具体组成进行相应描述。
请参照图7，图7是本申请实施例提供的机器人步态规划装置100的组成示意图。在本申请实施例中，所述机器人步态规划装置100可以包括质心高度变化规划模块110及质心前向落足计算模块120。
质心高度变化规划模块110，用于根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，其中所述剩余迈步时间段为从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段。
所述质心高度变化规划模块110，还用于根据所述第一质心高度期望信息以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹。
质心前向落足计算模块120，用于根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
需要说明的是，本申请实施例所提供的机器人步态规划装置100，其基本原理及产生的技术效果与前述的机器人步态规划方法相同。为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的针对机器人步态规划方法的描述内容。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的实施例的装置、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，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，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，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分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)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
综上所述，在本申请提供的一种机器人步态规划方法及装置、运动规划设备和存储介质中，本申请根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息及在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划该仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，并根据第一质心高度期望信息以及仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹，进而通过第一质心高度变化轨迹、第二质心高度变化轨迹、仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算出仿人机器人在当前步态周期末尾的满足机器人运动学规律的质心前向期望信息以及落足点期望位置，从而基于机器人实时状态实现质心高度可调的步态轨迹规划操作，提高仿人机器人的运动抗干扰能力，并通过规划出的落足点位置同步提升仿人机器人在实际运动过程中的运动稳定性。
以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种机器人步态规划方法，其特征在于，所述方法包括：
根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，其中所述剩余迈步时间段为从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段；
根据所述第一质心高度期望信息以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹；
根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述质心高度实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心高度实时位置及质心高度变化实时速度，所述第一质心高度期望信息包括所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望位置及第一质心高度变化期望速度，所述规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹的步骤，包括：
以所述质心高度实时位置作为质心高度变化起始位置、以所述质心高度变化实时速度作为质心高度变化起始速度、以所述第一质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以所述第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化速度轨迹；
对所述第一质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度变化加速度轨迹。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二质心高度期望信息包括所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望位置及第二质心高度变化期望速度，所述规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹的步骤，包括：
以所述第一质心高度期望位置作为质心高度变化起始位置、以所述第一质心高度变化期望速度作为质心高度变化起始速度、以所述第二质心高度期望位置作为质心高度变化终止位置并以所述第二质心高度变化期望速度作为质心高度变化终止速度进行轨迹拟合，得到所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化速度轨迹；
对所述第二质心高度变化速度轨迹进行求导运算，得到所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度变化加速度轨迹。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述质心前向实时信息包括所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时位置及质心前向实时速度，所述根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置的步骤，包括：
按照机器人运动学规律根据所述第一质心高度变化轨迹包括的第一质心高度位置轨迹及第一质心高度变化加速度轨迹，建立所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第一关联关系；
按照机器人运动学规律根据所述第二质心高度变化轨迹包括的第二质心高度位置轨迹及第二质心高度变化加速度轨迹，建立所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向位置与质心前向加速度之间的第二关联关系；
对所述第一关联关系与所述第二关联关系分别进行关系离散化处理，得到所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一离散化关系式以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二离散化关系式；
将所述质心前向实时位置与所述质心前向实时速度代入所述第一离散化关系式计算得到所述质心前向期望信息包括的质心前向期望位置及质心前向期望速度；
将所述质心前向期望速度及所述质心前向期望终止速度代入所述第二离散化关系式计算得到所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置；
根据所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与所述仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系，对所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置进行位置转换，得到所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点期望位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一关联关系采用如下式子进行表达：
所述第一离散化关系式采用如下式子进行表达：
其中，z1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的第一质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x1(t)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内停留时长t时的质心前向加速度，Δt1用于表示所述剩余迈步时间段的离散时间间隔，T用于表示当前步态周期的周期时长，t0用于表示当前时刻在当前步态周期内所对应的停留时长，σ1(i)用于表示所述剩余迈步时间段内第i个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x1(0)用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度，x1(N)用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望位置，/>用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望速度；其中，所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始位置采用所述质心前向实时位置进行表达，所述仿人机器人在所述剩余迈步时间段内的质心前向起始速度采用所述质心前向实时速度进行表达。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二关联关系采用如下式子进行表达：
所述第一离散化关系式采用如下式子进行表达：
其中/>
其中，z2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度位置轨迹，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化加速度轨迹，g用于表示重力加速度，m用于表示所述仿人机器人的质心质量，x2(t)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内停留时长t时的质心前向加速度，Δt2用于表示下一步态周期的离散时间间隔，T用于表示下一步态周期的周期时长，σ2(j)用于表示下一步态周期内第j个离散点的质心前向加速度与质心前向位置之间的关系系数，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始位置，/>用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度，x2(M)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止位置，用于表示所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度；其中，所述仿人机器人在下一步态周期内的质心前向起始速度采用所述质心前向期望速度进行表达，所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向终止速度采用所述质心前向期望终止速度进行表达。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点位置与所述仿人机器人在下一步态周期内的支撑足位置的位置对应关系采用如下式子进行表达：
x2(0)＝-xfoot；
其中，x2(0)用于表示所述仿人机器人在下一步态周期内的质心相对于支撑足位置的质心前向起始位置，xfoot用于表示所述仿人机器人在当前步态周期末尾的落足点在质心前向方向上相对于质心的落足点位置。
8.一种机器人步态规划装置，其特征在于，所述装置包括：
质心高度变化规划模块，用于根据仿人机器人在当前时刻的质心高度实时信息以及所述仿人机器人在当前步态周期末尾的第一质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在当前步态周期的剩余迈步时间段内的第一质心高度变化轨迹，其中所述剩余迈步时间段为从当前时刻到当前步态周期末尾的时间段；
所述质心高度变化规划模块，还用于根据所述第一质心高度期望信息以及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的第二质心高度期望信息，规划所述仿人机器人在下一步态周期内的第二质心高度变化轨迹；
质心前向落足计算模块，用于根据所述第一质心高度变化轨迹、所述第二质心高度变化轨迹、所述仿人机器人在当前时刻的质心前向实时信息及所述仿人机器人在下一步态周期末尾的质心前向期望终止速度，计算满足机器人运动学规律的所述仿人机器人在当前步态周期末尾的质心前向期望信息以及落足点期望位置。
9.一种运动规划设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述处理器可执行所述计算机程序，以实现权利要求1-7中任意一项所述的机器人步态规划方法。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-7中任意一项所述的机器人步态规划方法。
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