CN114578823A - 机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质 - Google Patents

机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN114578823A
CN114578823A CN202210210958.8A CN202210210958A CN114578823A CN 114578823 A CN114578823 A CN 114578823A CN 202210210958 A CN202210210958 A CN 202210210958A CN 114578823 A CN114578823 A CN 114578823A
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傅欢欢
肖志光
陈盛军
王俊宝
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Shenzhen Pengxing Intelligent Research Co Ltd
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Shenzhen Pengxing Intelligent Research Co Ltd
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
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Abstract

本申请提供一种机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质，所述方法包括：将机器人待执行的动作分解为至少两个子动作；获取机器人的预设部位在运动方向上的运动参数；通过控制电机基于运动参数驱动预设部位执行所述运动方向上的运动，以控制预设部位执行子动作；侦测预设部位执行子动作的进程，并基于预设部位执行子动作的进程控制预设部位执行下一子动作，直至执行完待执行的仿生动作。本申请复杂仿生动作分解为简单子动作，控制机器人部位逐一执行每个子动作，从而精确、高效率地控制机器人执行仿生动作，便于机器人通过仿生动作与用户进行交互。

Description

机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质。
背景技术
随着人工智能(ArtificialIntelligence，AI)技术的发展，机器人越来越广泛地应用于日常生产和生活，常见的机器人包括机械臂、轮式无人车、无人叉车、机器人等。然而，这些机器人通常仅用于加工或运输，无法通过机器人部位例如头部机构、足部机构等执行仿生动作，不便于机器人与用户进行交互。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质，以解决机器人无法执行仿生动作的技术问题。
本申请提供一种机器人动作仿生规划方法，所述方法包括：
将机器人待执行的动作分解为至少两个子动作，其中，每个子动作具有单一的运动方向；
获取所述机器人的预设部位在所述运动方向上的运动参数；
通过控制电机基于所述运动参数驱动所述预设部位执行所述运动方向上的运动，以控制所述预设部位执行所述子动作；
侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作，直至执行完所述待执行的动作。
可选地，若所述子动作的运动方向包括俯仰方向及旋转方向，所述俯仰方向的期望角速度
Figure BDA0003533226280000021
其中，ωyawset为所述旋转方向的期望角速度，Δθpitch为所述俯仰方向的运动角度，Δθyaw为所述旋转方向的运动角度。
可选地，所述侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
每隔通信周期判断所述电机的预测运动角度是否大于或等于目标运动角度；
若所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。
可选地，获取所述电机的预测运动角度包括：
获取所述电机的当前运动角度及当前角速度，
根据所述通信周期获取预测步长，所述预测步长为所述电机从所述当前角速度以预设加速度减速至零时的通信周期数量；
根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
可选地，根据以下公式所述计算所述电机的预测运动角度，
Figure BDA0003533226280000022
Figure BDA0003533226280000023
其中，θcurrent为所述电机的当前运动角度，i为所述预测步长，ωn为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的角速度，ωn-1为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的上一个通信周期的角速度，n＝1、2、3…i，当n＝1时，ωn-1＝ω0为所述电机在当前预测时刻的上一通信周期反馈的角速度，T为所述通信周期，ωset为所述电机的期望角速度，α为所述电机的角加速度，fabs(ωn)为所述电机在当前时刻后第n个通信周期的角速度的绝对值，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t，
Figure BDA0003533226280000031
所述预测步长i为大于或等于t/T的最小整数，其中，α为所述电机的角加速度。
可选地，所述侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
每隔预估周期判断所述预设部位是否执行完所述子动作；
若预测运动角度与目标运动角度的差值小于阈值或所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，则确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。
可选地，获取所述电机的预测运动角度包括：
获取所述电机的当前运动角度以及当前角速度，
根据所述预估周期获取预测步长，所述预测步长为所述电机从当前角速度以预设加速度减速至零时的预估周期数量；
根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
可选地，根据以下公式所述计算所述电机的预测运动角度，
θi＝θi-1+ωi*T1，
Figure BDA0003533226280000041
其中，θi为所述预测运动角度，θi-1为上一预估周期的预测运动角度，ωi为所述电机在当前预估周期的角速度，当i＝1时，ωi-1＝ω0为所述电机在当前预估时刻的上一预估周期反馈的角速度，T1为预估周期，ωset为所述电机的期望角速度，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t1，
Figure BDA0003533226280000042
所述预测步长i为大于或等于t1/T1的最小整数，其中，α为所述电机的角加速度。
本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器中存储有多个程序模块，所述多个程序模块由所述处理器加载并执行上述的机器人动作仿生规划方法。
本申请还通过一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，所述指令由处理器加载并执行上述的机器人动作仿生规划方法。
本申请的机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质可以将机器人待执行的复杂仿生动作分解为简单的子动作，通过控制电机驱动机器人部位在预设运动方向上逐一执行每个子动作，从而精确、高效率地控制机器人执行仿生动作，便于机器人通过仿生动作与用户进行交互，提升了用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本申请较佳实施例提供的机器人动作仿生规划方法的应用环境架构示意图。
图2是本申请较佳实施例提供的机器人的模块示意图。
图3是本发明较佳实施例提供的机器人的立体示意图。
图4是本申请较佳实施例提供的机器人动作仿生规划方法的流程图。
图5A-图5D是本申请较佳实施例提供的机器人仿生动作的子动作示意图。
图6是本申请较佳实施例提供的获取机器人的预设部位在运动方向的运动参数的流程图。
图7是本申请较佳实施例提供的控制预设部位执行子动作的流程图。
图8是本申请一实施例提供的控制预设部位执行下一子动作的流程图。
图9是本申请一实施例提供的获取电机的预测运动角度的流程图。
图10是本申请另一实施例提供的控制预设部位执行下一子动作的流程图。
图11是本申请另一实施例提供的获取电机的预测运动角度的流程图。
图12是本申请较佳实施例提供的电子设备的结构示意图。
主要元件符号说明
电子设备 1
处理器 10
存储器 20
计算机程序 30
机器人 100
机械单元 101
驱动板 1011
电机 1012
机械结构 1013
机身主体 1014
腿部 1015
足部 1016
头部结构 1017
尾巴结构 1018
载物结构 1019
鞍座结构 1020
摄像头结构 1021
通讯单元 102
传感单元 103
接口单元 104
存储单元 105
显示单元 106
显示面板 1061
输入单元 107
触控面板 1071
输入设备 1072
触摸检测装置 1073
触摸控制器 1074
控制模块 110
电源 111
如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施例
为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本申请进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
在后续的描述中，使用用于表示部件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。
请参阅图1所示，为本申请较佳实施例提供的机器人的路径规划方法的应用环境架构示意图。
本申请中的机器人的路径规划方法应用在电子设备1中，所述电子设备1可以与至少一机器人100通过网络建立通信连接。所述网络可以是有线网络，也可以是无线网络，例如无线电、无线保真(Wireless Fidelity,WIFI)、蜂窝、卫星、广播等。蜂窝网络可以是4G网络或5G网络。
所述电子设备1可以为安装有路径规划程序的电子设备，例如智能手机、个人电脑、服务器等，其中，所述服务器可以是单一的服务器、云端服务器或服务器集群等。所述服务器2可以是单一的服务器、云端服务器或服务器集群等。
请参阅图2所示，为本发明其中一个实施方式的机器人100的硬件结构示意图。机器人100可以是多足机器人，在图2所示的实施方式中，多足机器人100包括机械单元101、通讯单元102、传感单元103、接口单元104、存储单元105、显示单元106、输入单元107、控制模块110、电源111。多足机器人100的各种部件可以以任何方式连接，包括有线或无线连接等。本领域技术人员可以理解，图2中示出的多足机器人100的具体结构并不构成对多足机器人100的限定，多足机器人100可以包括比图示更多或更少的部件，某些部件也并不属于多足机器人100的必须构成，完全可以根据需要在不改变发明的本质的范围内而省略，或者组合某些部件。
下面结合图2和图3对多足机器人100的各个部件进行具体的介绍：
机械单元101为多足机器人100的硬件。如图2所示，机械单元101可包括驱动板1011、电机1012、机械结构1013，如图3所示，机械结构1013可包括机身主体1014、可伸展的腿部1015、足部1016，在其他实施方式中，机械结构1013还可包括可伸展的机械臂(图未示)、可转动的头部结构1017、可摇动的尾巴结构1018、载物结构1019、鞍座结构1020、摄像头结构1021等。需要说明的是，机械单元101的各个部件模块可以为一个也可以为多个，可根据具体情况设置，比如腿部1015可为4个，每个腿部1015可配置3个电机1012，对应的电机1012为12个。
通讯单元102可用于信号的接收和发送，还可以通过与网络和其他设备通信，比如，接收遥控器或其他多足机器人100发送的按照特定步态以特定速度值向特定方向移动的指令信息后，传输给控制模块110处理。通讯单元102包括如WiFi模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块、红外模块等。
传感单元103用于获取多足机器人100周围环境的信息数据以及监控多足机器人100内部各部件的参数数据，并发送给控制模块110。传感单元103包括多种传感器，如获取周围环境信息的传感器：激光雷达(用于远程物体检测、距离确定和/或速度值确定)、毫米波雷达(用于短程物体检测、距离确定和/或速度值确定)、摄像头、红外摄像头、全球导航卫星系统(GNSS，Global Navigation Satellite System)等。如监控多足机器人100内部各部件的传感器：惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)(用于测量速度值、加速度值和角速度值的值)，足底传感器(用于监测足底着力点位置、足底姿态、触地力大小和方向)、温度传感器(用于检测部件温度)。至于多足机器人100还可配置的载荷传感器、触摸传感器、电机角度传感器、扭矩传感器等其他传感器，在此不再赘述。
接口单元104可以用于接收来自外部装置的输入(例如，数据信息、电力等)并且将接收到的输入传输到多足机器人100内的一个或多个部件，或者可以用于向外部装置输出(例如，数据信息、电力等)。接口单元104可包括电源端口、数据端口(如USB端口)、存储卡端口、用于连接具有识别模块的装置的端口、音频输入/输出(I/O)端口、视频I/O端口等。
存储单元105用于存储软件程序以及各种数据。存储单元105可主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统程序、运动控制程序、应用程序(比如文本编辑器)等；数据存储区可存储多足机器人100在使用中所生成的数据(比如传感单元103获取的各种传感数据，日志文件数据)等。此外，存储单元105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，例如磁盘存储器、闪存器、或其他易失性固态存储器。
显示单元106用于显示由用户输入的信息或提供给用户的信息。显示单元106可包括显示面板1061，可以采用液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode,OLED)等形式来配置显示面板1061。
输入单元107可用于接收输入的数字或字符信息。具体地，输入单元107可包括触控面板1071以及其他输入设备1072。触控面板1071，也称为触摸屏，可收集用户的触摸操作(比如用户使用手掌、手指或适合的附件在触控面板1071上或在触控面板1071附近的操作)，并根据预先设定的程式驱动相应的连接装置。触控面板1071可包括触摸检测装置1073和触摸控制器1074两个部分。其中，触摸检测装置1073检测用户的触摸方位，并检测触摸操作带来的信号，将信号传送给触摸控制器1074；触摸控制器1074从触摸检测装置1073上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给控制模块110，并能接收控制模块110发来的命令并加以执行。除了触控面板1071，输入单元107还可以包括其他输入设备1072。具体地，其他输入设备1072可以包括但不限于遥控操作手柄等中的一种或多种，具体此处不做限定。
进一步的，触控面板1071可覆盖显示面板1061，当触控面板1071检测到在其上或附近的触摸操作后，传送给控制模块110以确定触摸事件的类型，随后控制模块110根据触摸事件的类型在显示面板1061上提供相应的视觉输出。虽然在图2中，触控面板1071与显示面板1061是作为两个独立的部件来分别实现输入和输出功能，但是在某些实施例中，可以将触控面板1071与显示面板1061集成而实现输入和输出功能，具体此处不做限定。
控制模块110是多足机器人100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个多足机器人100的各个部件，通过运行或执行存储在存储单元105内的软件程序，以及调用存储在存储单元105内的数据，从而对多足机器人100进行整体控制。
电源111用于给各个部件供电，电源111可包括电池和电源控制板，电源控制板用于控制电池充电、放电、以及功耗管理等功能。在图2所示的实施方式中，电源111电连接控制模块110，在其它的实施方式中，电源111还可以分别与传感单元103(比如摄像头、雷达、音箱等)、电机1012电性连接。需要说明的是，各个部件可以各自连接到不同的电源111，或者由相同的电源111供电。
在上述实施方式的基础上，具体地，在一些实施方式中，可以通过终端设备来与多足机器人100进行通信连接，在终端设备与多足机器人100进行通信时，可以通过终端设备来向多足机器人100发送指令信息，多足机器人100可通过通讯单元102来接收指令信息，并可在接收到指令信息的情况下，将指令信息传输至控制模块110，使得控制模块110可根据指令信息来处理得到目标速度值。终端设备包括但不限于：具备图像拍摄功能的手机、平板电脑、服务器、个人计算机、可穿戴智能设备、其它电器设备。
指令信息可以根据预设条件来确定。在一个实施方式中，多足机器人100可以包括传感单元103，传感单元103可根据多足机器人100所在的当前环境可生成指令信息。控制模块110可根据指令信息来判断多足机器人100的当前速度值是否满足对应的预设条件。若满足，则会保持多足机器人100的当前速度值和当前步态移动；若不满足，则会根据对应的预设条件来确定目标速度值和相应的目标步态，从而可控制多足机器人100以目标速度值和相应的目标步态移动。环境传感器可以包括温度传感器、气压传感器、视觉传感器、声音传感器。指令信息可以包括温度信息、气压信息、图像信息、声音信息。环境传感器与控制模块110之间的通信方式可以为有线通信，也可以为无线通信。无线通信的方式包括但不限于：无线网络、移动通信网络(3G、4G、5G等)、蓝牙、红外。
请参阅图4所示，为本申请较佳实施例提供的机器人动作仿生规划方法的流程图。根据不同的需求，所述流程图中步骤的顺序可以改变，某些步骤可以省略。
在本申请的一实施例中，所述机器人动作仿生规划方法应用于与机器人100的本体内，由机器人100的主控单元执行。
S401，决策机器人待执行的动作。
在一实施例中，所述机器人待执行的动作为机器人的预设部位执行的动作，可选地，所述预设部位为机器人的头部、足部或其他可运动部件。决策机器人待执行的动作包括：根据所述机器人的当前状态或交互结果决策所述机器人待执行的动作。所述机器人待执行的动作可以是仿生动作，即，模仿人的动作。
例如，所述机器人的当前状态为低电量状态。当所述机器人处于低电量状态时，决策所述待执行的动作为低电量的提示动作。请参阅图5A所示，所述低电量的提示动作为机器人的头部动作，运动轨迹为三角形。
例如，所述机器人的当前状态为开心状态。当所述机器人处于开心状态时，决策所述待执行的动作为开心的互动动作。请参阅图5B所示，所述开心的互动动作为机器人的头部动作，运动轨迹为V字形。
例如，所述机器人的交互结果为是。当所述机器人的交互结果为是时，决策所述待执行的动作为肯定的互动动作。请参阅图5C所示，所述肯定的互动动作为机器人的头部动作，运动轨迹为1字形。
例如，所述机器人的交互结果为否。当所述机器人的交互结果为否时，决策所述待执行的动作为否定的互动动作。请参阅图5D所示，所述否定的互动动作为机器人的头部动作，运动轨迹为一字形。
S402，将机器人待执行的动作分解为至少两个子动作。
在一实施例中，每个子动作具有单一的运动方向，所述至少两个子动作按执行时间先后排列。将机器人待执行的动作分解为至少两个子动作包括：将机器人待执行的动作分解为单一运动方向上的至少两个子动作。
例如，若所述待执行的动作为低电量的提示动作，将所述动作分解为向右下方运动的子动作a、向左平移的子动作b、向右上方运动的子动作c。
例如，若所述待执行的动作为开心的互动动作，将所述动作分解为向下运动的子动作a、恢复原位的子动作b、向左上方运动子动作c、第二次恢复原位的子动作d。
例如，若所述待执行的动作为肯定的互动动作，将所述动作分解为向下运动的子动作a、恢复原位的子动作b。
例如，若所述待执行的动作为否定的互动动作，将所述动作分解为向右平移的子动作a、恢复原位的子动作b。
S403，获取机器人的预设部位在运动方向上的运动参数。
请参阅图6所示，在一实施例中，所述运动方向包括俯仰方向及/或旋转方向。获取机器人的预设部位在所述运动方向的运动参数包括：
S4031，判断所述子动作是单自由度动作还是双自由度动作。
在一实施例中，所述子动作的运动参数包括运动角度。判断所述子动作是单自由度动作还是双自由度动作包括：若所述子动作仅包含俯仰方向的运动或仅包含旋转方向的运动，确定所述子动作是单自由度动作；若所述子动作包含俯仰方向的运动及旋转方向的运动，确定所述子动作是双自由度动作。
例如，如图5A所示，子动作a和子动作c为双自由度动作，子动作b为单自由度动作。
S4032，若所述子动作是单自由度动作，获取所述预设部位在俯仰方向或旋转方向的运动参数。
在一实施例中，获取所述预设部位在俯仰方向或旋转方向的运动参数包括：根据所述子动作的目标运动角度确定俯仰方向的目标运动角度或旋转方向的目标运动角度。
S4033，若所述子动作是双自由度动作，获取所述预设部位在俯仰方向及旋转方向的运动参数。
在一实施例中，将获取所述预设部位在俯仰方向及旋转方向的运动参数包括：根据将所述子动作的目标运动角度确定俯仰方向的电机运动角度及旋转方向的电机运动角度。
S404，通过控制电机基于所述运动参数驱动所述预设部位执行所述运动方向上的运动，以控制所述预设部位执行所述子动作。
在一实施例中，所述电机1012包括第一电机及/或第二电机。通过控制电机基于所述运动参数驱动所述预设部位执行所述运动方向上的运动，以控制所述预设部位执行所述子动作包括：通过控制第一电机基于所述俯仰方向的运动参数驱动所述机器人的预设部位执行俯仰运动，及/或控制第二电机基于所述旋转方向的运动参数驱动所述机器人的预设部位执行旋转运动，以控制所述预设部位执行所述子动作。
在一实施例中，所述运动参数还包括电机的运动时间、期望角速度及角加速度，每个子动作的运动时间相同。其中，所述子动作的运动时间基于所述动作的执行时间及所述动作分解成的子动作数量确定。例如，若所述低电量的提示动作的执行时间为1.5秒，所述低电量的提示动作分解成三个子动作，则每个子动作的运动时间为0.5秒。所述期望角速度为预设值。所述角加速度由所述期望角速度及所述子动作的运动时间确定，即，所述角速度α＝ωset/t，t为电机的加速时间或减速时间。
在一实施例中，所述第一电机和第二电机具有预设的通信周期，可选地，所述预设的通信周期为0.1秒。请参阅图7所示，控制所述预设部位执行所述子动作包括：
S4041，发送加速指令控制所述第一电机基于所述俯仰方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述俯仰方向加速运动，及/或发送加速指令控制所述第二电机基于所述旋转方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述旋转方向加速运动。
具体地，若所述子动作为俯仰方向上的单自由度动作，发送加速指令控制所述第一电机基于所述俯仰方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述俯仰方向加速运动。若所述子动作为旋转方向上的单自由度动作，发送加速指令控制所述第二电机基于所述旋转方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述旋转方向加速运动。若所述子动作为双自由度动作，发送加速指令控制所述第一电机基于所述俯仰方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述俯仰方向加速运动，及发送加速指令控制所述第二电机基于所述旋转方向的所述目标运动角度、运动时间、期望角速度及角加速度驱动所述预设部位沿所述旋转方向加速运动。
在一实施例中，若所述子动作为双自由度动作，所述俯仰方向的期望角速度
Figure BDA0003533226280000151
其中，ωyawset为所述旋转方向的期望角速度，Δθpitch为所述俯仰方向的运动角度，Δθyaw为所述旋转方向的运动角度。通过上述公式，可以实现第一电机和第二电机的协同控制，使得第一电机和第二电机同时到达目标位置，即，同时运动完所述子动作的目标运动角度。
S4042，每隔所述通信周期判断所述第一电机及/或第二电机的角速度是否达到所述期望角速度。
S4043，若所述第一电机及/或第二电机的角速度达到所述期望角速度，发送减速指令控制所述第一电机及/或第二电机减速。
需要说明的是，在所述第一电机及/或第二电机的角速度达到所述期望角速度时，所述第一电机及/或第二电机还未接收到所述减速指令，则继续以所述期望角速度进行运动，直至接收到所述减速指令进行减速。
在一实施例中，若所述第一电机及/或第二电机的角速度未达到所述期望角速度，所述流程继续S4041。
S405，侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作，直至执行完所述待执行的仿生动作。
在一实施例中，所述预设部位执行所述子动作的进程为所述电机(第一电机及/或所述第二电机)的运动角度。侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
请参阅图8所示，在一实施例中，侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
S501，每隔通信周期判断所述电机的预测运动角度是否大于或等于目标运动角度。
S502，若所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。若所述预测运动角度小于所述目标运动角度，所述流程继续S501。
请参阅图9所示，在所述实施例中，获取所述电机的预测运动角度包括：
S5011，获取所述电机的当前运动角度及当前角速度。
S5012，根据通信周期获取预测步长。
在所述实施例中，所述预测步长为所述电机从所述当前角速度以预设加速度减速至零时的通信周期数量。具体地，计算所述第一电机或第二电机从开始减速至角速度为零的时间t1＝(0-ωset)/a，ωset为电机的期望角速度，基于所述时间t1确定所述预测步长i为大于或等于t1/T的最小整数，T为通信周期。例如，若t1/T为2，则i为2，若t1/T为2.5，则i为3。
可选地，在其他实施例中，所述预测步长也可以根据电机的通信响应特性、加速度特性进行预先设置。
S5013，根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
在所述实施例中，所述电机的预测运动角度通过以下公式计算得到，
Figure BDA0003533226280000171
其中，
Figure BDA0003533226280000172
在上述计算公式中，θcurrent为所述电机的当前运动角度，i为所述预测步长，ωn为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的角速度，ωn-1为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的上一个通信周期的角速度，n＝1、2、3…i，当n＝1时，ωn-1＝ω0为所述电机在当前预测时刻的上一通信周期反馈的角速度，T为所述通信周期，ωset为所述电机的期望角速度，α为所述电机的角加速度，若所述电机处于减速状态，所述角加速度为负数，fabs(ωn)为所述电机在当前时刻后第n个通信周期的角速度的绝对值，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t，
Figure BDA0003533226280000181
所述预测步长i为大于或等于t/T的最小整数，其中，α为所述电机的角加速度。
例如，假设所述预测步长i为2，ω0为所述电机的当前角速度，ω1＝ω0+α*T，ω2＝ω1+α*T，则所述电机的预测运动角度θprediction＝θcurrent+(ω0+α*T)*T+(ω1+α*T)*T。
请参阅图10所示，在另一实施例中，侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
S601，每隔预估周期判断所述预设部位是否执行完所述子动作。
S602，若所述电机的预测运动角度与目标运动角度的差值小于阈值或所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，则确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。若所述预测运动角度与所述目标运动角度的差值大于或等于阈值或所述预测运动角度小于所述目标运动角度，所述流程继续S601。
请参阅图11所示，在所述另一实施例中，获取所述电机的预测运动角度包括：
S6011，获取所述电机的当前运动角度及当前角速度。
S6012，根据所述预估周期获取预测步长。
在所述另一实施例中，所述预测步长为所述电机从当前角速度以预设加速度减速至零时的预估周期数量。
可选地，在其他实施例中，所述预测步长也可以根据电机的通信响应特性、加速度特性进行预先设置。
S6013，根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
在所述另一实施例中，所述电机的预测运动角度通过以下计算公式计算得到，
θi＝θi-1+ωi*T1，
其中，
Figure BDA0003533226280000191
在上述计算公式中，θi为所述预测运动角度，θi-1为上一预估周期的预测运动角度。需要说明的是，电机每隔一通信周期(例如40ms)反馈一次当前运动角度(即预设部位的真实位置)，在反馈当前运动角度后到下一次反馈运动角度之间的通信周期40ms会经过40个预估周期的预测，然后获得下一通信周期的运动角度后再进行位置校正，θ0为最近一次收到的电机实时反馈的运动角度。ωi为所述电机在当前预估周期的角速度，当i＝1时，ωi-1＝ω0为所述电机在当前预估时刻的上一预估周期反馈的角速度，α为所述电机的角加速度，T1为预估周期，ωset为所述电机的期望角速度，fabs(ωi)为所述电机在当前预估周期的角速度的绝对值。若所述电机处于减速状态，所述角加速度为负数。i为所述预测步长，所述预测步长i为大于或等于t1/T1的最小整数。
其中，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t1，
Figure BDA0003533226280000192
在上述计算公式中，α为所述电机的角加速度。
在所述另一实施例中，在接收到当前电机反馈与下一次电机反馈之间，进行电机的位置和速度预估。可选地，若当前设定程序运行频率，即电机的位置预估频率为1000Hz，预估周期T1＝1ms。
在所述另一实施例中，当预测运动角度与期望运动角度的差值小于阈值时，确定当前子动作已经完成，可以切换到下一个动作的控制，直接给对应电机下发下一个子动作的位置和速度，并在接收到电机反馈的位置就实时更新，赋值给当前的预估算法的起点位置。
在以上实施例中，在电机的运动的过程中进行电机位置预估，在预估的电机运动角度达到目标运动角度时提前发送换向指令以切换子动作，而不是在电机的实际运动角度达到目标运动角度时再发送换向指令进行子动作的切换，从而缓解由于电机通信延时及响应不及时等问题导致的运动卡顿，可以明显提高机器人动作的仿生效果。
请参阅图12所示，为本申请较佳实施例提供的电子设备的结构示意图。
所述电子设备1包括，但不仅限于，处理器10、存储器20、存储在所述存储器20中并可在所述处理器10上运行的计算机程序30。例如，所述计算机程序30为路线规划程序。所述处理器10执行所述计算机程序30时实现机器人动作仿生规划方中的步骤，例如图4所示的步骤S401～S405，图6所示的S4031～S4033，图7所示的S4041～S4043，图8所示的S501～S502，图9所示的S5011～S5013，图10所示的S601～S602，图11所示的S6011～S6013。
需要说明的是，若机器人是所述电子设备1，所述处理器10为所述控制模块110，存储器20为所述存储单元105。
示例性的，所述计算机程序30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20中，并由所述处理器10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，所述指令段用于描述所述计算机程序30在所述电子设备1中的执行过程。
本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是电子设备1的示例，并不构成对电子设备1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，例如所述电子设备1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10可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，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)、现成可编程门阵列(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所述处理器10也可以是任何常规的处理器等，所述处理器10是所述电子设备1的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电子设备1的各个部分。
所述存储器20可用于存储所述计算机程序30和/或模块/单元，所述处理器10通过运行或执行存储在所述存储器20内的计算机程序和/或模块/单元，以及调用存储在存储器20内的数据，实现所述电子设备1的各种功能。所述存储器20可主要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(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据电子设备1的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器20可以包括易失性和非易失性存储器，例如硬盘、内存、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)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他存储器件。
所述电子设备1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，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，所述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)。
本申请所述计算机可读存储介质的具体实施例的拓展内容与上述机器人动作仿生规划方各实施例基本相同，在此不做赘述。
本申请提供的机器人动作仿生规划方法、电子设备及存储介质可以将机器人待执行的复杂仿生动作分解为简单的子动作，通过控制电机驱动机器人部位在运动方向上逐一执行每个子动作，从而精确、高效率地控制机器人执行仿生动作，便于机器人通过仿生动作与用户进行交互，提升了用户体验。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由同一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种机器人动作仿生规划方法，其特征在于，所述方法包括：
将机器人待执行的动作分解为至少两个子动作，其中，每个子动作具有单一的运动方向；
获取所述机器人的预设部位在所述运动方向上的运动参数；
通过控制电机基于所述运动参数驱动所述预设部位执行所述运动方向上的运动，以控制所述预设部位执行所述子动作；
侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作，直至执行完所述待执行的动作。
2.如权利要求1所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于，若所述子动作的运动方向包括俯仰方向及旋转方向，所述俯仰方向的期望角速度
Figure FDA0003533226270000011
其中，ωyawset为所述旋转方向的期望角速度，Δθpitch为所述俯仰方向的运动角度，Δθyaw为所述旋转方向的运动角度。
3.如权利要求1所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于，所述侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
每隔通信周期判断所述电机的预测运动角度是否大于或等于目标运动角度；
若所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。
4.如权利要求3所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于，获取所述电机的预测运动角度包括：
获取所述电机的当前运动角度及当前角速度；
根据所述通信周期获取预测步长，所述预测步长为所述电机从所述当前角速度以预设加速度减速至零时的通信周期数量；
根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
5.如权利要求4所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于：根据以下公式所述计算所述电机的预测运动角度，
Figure FDA0003533226270000021
Figure FDA0003533226270000022
其中，θcurrent为所述电机的当前运动角度，i为所述预测步长，ωn为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的角速度，ωn-1为所述电机在当前预测时刻后第n个通信周期的上一个通信周期的角速度，n＝1、2、3…i，当n＝1时，ωn-1＝ω0为所述电机在当前预测时刻的上一通信周期反馈的角速度，T为所述通信周期，ωset为所述电机的期望角速度，α为所述电机的角加速度，fabs(ωn)为所述电机在当前时刻后第n个通信周期的角速度的绝对值，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t，
Figure FDA0003533226270000023
所述预测步长i为大于或等于t/T的最小整数，其中，α为所述电机的角加速度。
6.如权利要求1所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于，所述侦测所述预设部位执行所述子动作的进程，并基于所述预设部位执行所述子动作的进程控制所述预设部位执行下一子动作包括：
每隔预估周期判断所述预设部位是否执行完所述子动作；
若所述电机的预测运动角度与目标运动角度的差值小于阈值或所述预测运动角度大于或等于所述目标运动角度，确定所述预设部位执行完所述子动作，发送换向指令控制所述电机驱动所述预设部位执行下一子动作。
7.如权利要求6所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于，获取所述电机的预测运动角度包括：
获取所述电机的当前运动角度以及当前角速度，
根据所述预估周期获取预测步长，所述预测步长为所述电机从当前角速度以预设加速度减速至零时的预估周期数量；
根据所述当前运动角度以及所述预测步长计算所述电机的预测运动角度。
8.如权利要求7所述的机器人动作仿生规划方法，其特征在于：根据以下公式所述计算所述电机的预测运动角度，
θi＝θi-1+ωi*T1，
Figure FDA0003533226270000031
其中，θi为所述预测运动角度，θi-1为上一预估周期的预测运动角度，ωi为所述电机在当前预估周期的角速度，当i＝1时，ωi-1＝ω0为所述电机在当前预估时刻的上一预估周期反馈的角速度，T1为预估周期，ωset为所述电机的期望角速度，fabs(ωi)为所述电机在当前预估周期的角速度的绝对值，所述电机从当前角速度以预设角加速度减速至零时所需的时间为t1，
Figure FDA0003533226270000041
所述预测步长i为大于或等于t1/T1的最小整数，其中，α为所述电机的角加速度。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；以及
存储器，所述存储器中存储有多个程序模块，所述多个程序模块由所述处理器加载并执行如权利要求1至8中任一项所述的机器人动作仿生规划方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条计算机指令，其特征在于，所述指令由处理器加载并执行如权利要求1至8中任一项所述的机器人动作仿生规划方法。
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