CN114833826A - 实现机器人碰撞触觉的控制方法、装置以及康复机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人技术领域，公开了一种实现机器人碰撞触觉的控制方法。该控制方法包括：在碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；使碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动；获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人，使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。采用该控制方法可稳定机器人与虚拟对象之间的对应关系，提高用户的使用体验。本申请还公开一种实现机器人碰撞触觉的控制装置和康复机器人。

Description

实现机器人碰撞触觉的控制方法、装置以及康复机器人

技术领域

本申请涉及机器人技术领域，例如涉及一种实现机器人碰撞触觉的控制方法、装置以及康复机器人。

背景技术

目前，用户可通过机器人实现与虚拟环境的交互，例如，机器人与虚拟环境中一虚拟对象建立映射关系，例如，采集机器人的位置、速度或加速度，并将机器人的位置、速度或加速度映射为虚拟对象在虚拟环境中的位置、速度或加速度，再采集虚拟对象在虚拟环境中的虚拟受力，最后依据该虚拟受力控制机器人；或者，采集用户对机器人施加的力，将用户对机器人施加的力映射为虚拟对象在虚拟环境中的虚拟受力，再采集虚拟对象在虚拟环境中的位置、速度或加速度，最后依据该位置、速度或加速度控制机器人。

为了进一步地提高用户的操作体验，还可检测虚拟对象在虚拟环境是否出现碰撞，在出现碰撞的情况下，机器人可产生碰撞反馈。例如，利用虚拟对象的力反馈算法，求解刚体间的接触力或力矩，并依据该接触力或力矩控制机器人，以实现更加真实的触觉体验。

在实现本申请实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

在依据接触力或力矩控制机器人产生触觉反馈的过程中，通常采用阻抗控制模型，这需要设置对应的惯性系数、阻尼系数以及弹性系数，这些系数往往与实际应用场景存在一定的误差，并且该阻抗控制模型不断的积累误差，导致机器人与虚拟对象的映射关系出现变动，例如，刚开始碰撞某一虚拟物体是需要抬高手臂才能碰到，在机器人运行一段时间之后，用户不用抬高手臂也能碰到该虚拟物体，这降低了用户的使用体验。

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。

本申请实施例提供了一种实现机器人碰撞触觉的控制方法、装置以及康复机器人，以稳定机器人与虚拟对象之间的对应关系，提高用户的使用体验。

在一些实施例中，实现机器人碰撞触觉的控制方法包括：在检测到虚拟环境中碰撞对象与所述虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得所述碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，使所述碰撞对象由所述第一当前位置向所述第二当前位置运动；获得所述第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，使所述机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；其中，所述机器人末端在所述第二受力状态下所受合力与其在所述第一受力状态所受合力的矢量差，由所述当前实际位置指向所述当前映射位置；所述第二当前位置与所述当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

可选地，根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，包括：获得所述第二当前位置与所述第一当前位置的当前虚拟位置差值；根据所述位置差值与运动状态的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前运动状态；使所述碰撞对象按照所述当前运动状态进行运动。

可选地，根据所述位置差值与运动状态的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前运动状态，包括：根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度；或者，根据位置差值与速度的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前速度。

可选地，根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度，包括：将所述当前虚拟位置差值与第一调整系数的乘积，确定为所述当前加速度。

可选地，根据所述位置差值与速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前速度，包括：将所述当前虚拟位置差值与第二调整系数的乘积，确定为所述当前速度。

可选地，根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，包括：

获得所述碰撞对象的虚拟质量，以及所述碰撞对象的当前速度，根据质量、速度与控制输出量的对应关系，确定所述虚拟质量以及所述当前速度对应的补偿控制输出量；或者，获得所述当前映射位置与所述当前实际位置的当前实际位置差值，根据位置差值与控制输出量的对应关系，获得所述当前实际位置对应的补偿控制输出量；

根据所述补偿控制输出量控制所述机器人，所述补偿控制输出量对应的所述机器人末端的驱动力由所述当前实际位置指向所述当前映射位置。

可选地，根据所述补偿控制输出量控制所述机器人，包括：获得所述机器人的默认控制算法的默认控制输出量；将所述补偿控制输出量与所述默认控制输出量的矢量和，确定为所述机器人的实际控制量，并根据所述实际控制量控制所述机器人。

在一些实施例中，实现机器人碰撞触觉的控制装置包括第一获得模块、第一控制模块、第二获得模块以及第二控制模块；所述第一获得模块用于在检测到虚拟环境中碰撞对象与所述虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得所述碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；所述第一控制模块用于根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，使所述碰撞对象由所述第一当前位置向所述第二当前位置运动；所述第二获得模块用于获得所述第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；所述第二控制模块用于根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，使所述机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；其中，所述机器人末端在所述第二受力状态下所受合力与其在所述第一受力状态所受合力的矢量差，由所述当前实际位置指向所述当前映射位置；所述第二当前位置与所述当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

在一些实施例中，实现机器人碰撞触觉的控制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实现机器人碰撞触觉的控制方法。

在一些实施例中，康复机器人包括前述实施例提供的实现机器人碰撞触觉的控制装置。

本申请实施例提供的实现机器人碰撞触觉的控制方法、装置以及康复机器人，可以实现以下技术效果：

在虚拟环境中的碰撞对象与虚拟物体出现碰撞的情况下，碰撞对象向位置对象运动，同时，现实环境中的机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；另外，在碰撞过程中，虚拟环境中碰撞对象与位置对象之间相对位置不断发生变化，同时，现实环境中的由当前实际位置指向当前映射位置的方向也不断发生变化，这样使机器人为用户提供了较佳的碰撞触觉；由于位置对象的第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系，并且而碰撞对象向位置对象运动，即，碰撞对象与位置对象的位置关系是虚拟环境内部的对应关系，同样不会发生变化，这确保了多次碰撞过程也不会影响机器人末端与碰撞对象的位置关系；在刚开始使碰撞对象碰撞以虚拟物体需要用户抬高手臂才能碰到，即使机器人运行一段时间之后，用户仍需抬高手臂才能使碰撞对象碰到虚拟物体，提高了用户的使用体验。

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1a是本申请实施例提供的一种机器人的示意图；

图1b以及图1c是本申请实施例提供的一种虚拟环境的示意图；

图2是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图；

图5是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制装置的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。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。

本申请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，以便这里描述的本申请实施例的实施例。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”表示两个以上。

本申请实施例中，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。

图1a是本申请实施例提供的一种机器人的示意图，图1b以及图1c是本申请实施例提供的一种虚拟环境的示意图。结合图1a、图1b以及图1c，对本实现机器人碰撞触觉的控制方法中的碰撞对象、位置对象以及机器人末端之间的关系进行详细说明。

图1a中的机器人末端11与图1b或图1c中的位置对象12具有位置上的一一对应的映射关系。即，机器人末端11在用户的拖动下移动，那么，位置对象12也随机器人末端11的移动而移动。

碰撞对象13指的是虚拟环境中向位置对象12运动的虚拟对象，二者之间的位置关系仅存在与虚拟环境中。

位置对象12是没有实体的虚拟对象，可穿过图1b以及图1c中的虚拟物体14，碰撞对象13是有实体的虚拟对象，不可穿过图1b以及图1c中的虚拟物体14。在实际应用场景中，虚拟环境中通常不显示位置对象12。

以下再对虚拟环境进行说明。物理引擎可模拟多种场景的虚拟环境，不同虚拟环境的配置参数不同，配置参数用于确定虚拟环境中各物体的性质，包括虚拟环境中各物体的：物理属性、材料属性、几何属性以及物体之间的连接关系。其中，物理属性表示虚拟环境中物体的质量、位置、旋转角度、速度和阻尼等性质；材料属性表示虚拟环境中物体的材质特性，例如，密度、摩擦系数、恢复系数等；几何属性表示虚拟环境中物体的几何形状；物体之间的连接关系则表示了虚拟环境中物体之间的关联关系。

物理引擎可以看成是一系列运算规则的集合，各运算规则符合牛顿三大定律，通过为刚性物体赋予真实的物理属性来计算运动、旋转和碰撞反应，在物理引擎中可以模拟真实世界中各种物体运动以及相互作用的规律。预先在物理引擎中构建虚拟环境，并在虚拟环境中构建虚拟对象。物理引擎可以是Havok、NovodeX、Bullet、ODE、TOKMAK、Newton、Simple Physics Engine等，当然，上述列举仅对物理引擎进行示例性说明，除上述列举的之外的现有技术中的其他物理引擎，也适用于本申请。

图2是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图。

结合图2所示，实现机器人碰撞触觉的控制方法包括：

S201、在检测到虚拟环境中碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置。

例如，在检测到碰撞对象的边缘与虚拟物体的边缘出现交叠的情况下，确定碰撞对象与虚拟物体出现碰撞。

或者，在检测碰撞对象的中心与虚拟物体的边缘的垂直距离小于或等于碰撞对象的半径的情况下，确定碰撞对象与虚拟物体出现碰撞。

可在虚拟环境中直接读取碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置。

S202、根据第一当前位置以及第二当前位置控制碰撞对象的当前运动状态，使碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动。

这里的控制碰撞对象的当前运动状态，指的是在虚拟环境中，为碰撞对象赋予表征当前运动状态的相关运动参数，这里的相关运动参数可以是碰撞对象在虚拟环境中的当前位置，可以是碰撞对象在虚拟环境中的当前速度，可以是碰撞对象在虚拟环境中的当前加速度，还可以是当前位置、当前速度以及当前加速度中多个参数的组合。

上述使碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动，包含以下两种情况：第一种情况，虚拟环境中的虚拟物体无法阻挡/阻止碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置的运动，此时碰撞对象的当前速度存在由第一当前位置指向第二当前位置的速度分量，这种情况下，当前运动状态可以是碰撞对象的当前加速度、当前位置和非零的当前速度中一个或组合；第二种情况，虚拟环境的虚拟物体阻挡/阻止碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动，例如图1b中所示的情况，这种情况下虚拟物体的阻挡/阻止作用，使碰撞对象实际处于静止状态，此时当前运动状态可以是碰撞对象的当前加速度、当前位置或二者组合。

以下以当前运动状态包括当前速度或当前加速度为例，对根据第一当前位置以及第二当前位置控制碰撞对象的当前运动状态进行说明。

可选地，根据第一当前位置以及第二当前位置控制碰撞对象的当前运动状态，包括：获得第二当前位置与第一当前位置的当前虚拟位置差值；根据位置差值与运动状态的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态；使碰撞对象按照当前运动状态进行运动。

虚拟环境中的碰撞对象存在实体，具有预设质量，可将碰撞对象的位置作为控制对象，采用一定的控制算法、对应数据表以及公式等将当前虚拟位置差值映射为碰撞对象的当前运动状态，即，上述位置差值与运动状态的对应关系可体现为由现有的具备消除偏差功能的控制算法依据位置差值计算出的运动状态，例如比例-积分-微分(ProportionIntegral Differential，PID)控制算法，或者，上述位置差值与运动状态的对应关系可以是一一对应数据表的形式，可首先通过试验的方式，获得符合牛顿运动定律的位置差值与运动状态的一一对应关系，在获得当前虚拟位置差值之后，通过查询数据库，即可获得与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态，或者，上述位置差值与运动状态的对应关系可以是公式的形式，在获得当前虚拟位置差值之后，利用当前虚拟位置差值为公式的自变量赋值，即可计算出与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态(因变量)。上述当前运动状态通常是当前速度、当前加速度或二者的结合。

这样，使虚拟环境中碰撞对象的运动状态符合用户对现实环境中物体运动的直观感知，可提高用户的使用体验。

具体地，在当前运动状态包括当前加速度的情况下，根据位置差值与运动状态的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态，可包括：根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度。

前述位置差值与运动状态的对应关系，在这里指的是位置差值与加速度的对应关系。同样地，位置差值与加速度的对应关系，也可体现为由现有的具体消除偏差功能的控制算法依据位置差值计算出的加速度；或者，位置差值与加速度的对应关系可以是一一对应数据表的形式，可通过试验的方式获得符合牛顿运动定律的位置差值与加速度的对应关系；或者，位置差值与加速度的对应关系可以是公式的形式，例如，在获得当前虚拟位置差值之后，将当前虚拟位置差值与第一调整系数的乘积，确定为当前加速度。第一调整系数可通过试验的方式获得，该通过调整该第一调整系数，使碰撞对象按照当前加速度的运动情况，更加符合牛顿运动定律，使碰撞对象在虚拟环境中的运动状态更加符合现实环境，提高用户的使用体验。

在当前运动状态包括当前速度的情况下，根据位置差值与运动状态的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态，可包括：根据位置差值与速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前速度。

前述位置差值与运动状态的对应关系，在这里指的是位置差值与速度的对应关系。同样地，位置差值与速度的对应关系，也可以体现为由现有的具有消除偏差功能的控制算法依据位置差值计算出的速度；或者，位置差值与速度的对应关系可以是一一对应数据表的形式，可通过试验的方式获得符合牛顿运动定律的位置差值与速度的对应关系；或者，位置差值与速度的对应关系可以是公式的形式，例如，在获得当前虚拟位置差值之后，将当前虚拟位置差值与第二调整系数的乘积，确定为当前速度。第二调整系数可通过试验的方式获得，通过调整该第二调整系数，使碰撞对象按照当前速度的运动情况，更加符合牛顿运动定律，使碰撞对象在虚拟环境中的运动状态更加符合现实环境，提高用户的使用体验。

S203、获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置。

虚拟环境中的位置与现实环境中的位置具有一一对应的映射关系。例如，在机器人为平面机器人的情况下，现实环境中机器人末端的位置可在平面坐标系中表示，对应地，虚拟环境中的位置也可在平面坐标系中表示，现实环境中的平面坐标系与虚拟环境中的平面坐标系中的每个位置均一一对应；在机器人为三维机器人的情况下，例如图1a中示意的上肢康复机器人，现实环境中机器人末端的位置可在三维坐标系中表示，对应地，虚拟环境中的位置也可在三维坐标系中表示，现实环境中的三维坐标系与虚拟环境中的三维坐标系中的每个位置均一一对应。

依据虚拟环境中的位置与现实环境中的位置之间的一一对应的映射关系，即可获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置。

S204、根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人。

这样控制机器人，可使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态，机器人末端在第二受力状态下所受合力与其在第一受力状态所受合力的矢量差，由当前实际位置指向当前映射位置；第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

如果碰撞对象与虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态，则使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；如果碰撞对象与虚拟物体由碰撞状态切换至非碰撞状态，则使机器人末端的受力状态且第二受力状态切换至第一受力状态。

以下对机器人的控制过程进行示例性说明：

可选地，根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人，包括：获得当前映射位置与当前实际位置的当前实际位置差值，根据位置差值与控制输出量的对应关系，获得当前实际位置对应的补偿控制输出量；根据补偿控制输出量控制机器人，补偿控制输出量对应的机器人末端的驱动力由当前实际位置指向当前映射位置。即，在根据补偿控制输出量控制机器人之后，机器人末端在原有受力的基础上，又增加了由当前实际位置指向当前映射位置的驱动力。

上述位置差值与控制输出量的对应关系，可体现为由现有技术中的具有消除偏差功能的控制算法依据位置差值计算出的控制输出量；或者，位置差值与控制输出量的对应关系还可以是一一对应数据表的形式，可通过试验的方法获得符合用户的反馈(力)感受的位置差值与控制输出量对应关系；或者，位置差值与控制输出量的对应关系还可以是公式的形式，例如，位置差值与控制输出量对应的机器人末端的驱动力具有线性关系，具体地，位置差值与驱动力可具有正相关的线性关系。

在碰撞对象与虚拟物体碰撞之前，如果机器人完全被用户拖动，则根据补偿控制输出量控制机器人指的是直接根据补偿控制输出量控制机器人；如果机器人的控制过程中存在摩擦力补偿、重力补偿以及惯性力补偿，则利用补偿控制输出量对默认控制输出量进行补偿，之后再控制机器人。

例如，根据补偿控制输出量控制机器人，可包括：获得机器人的默认控制算法的默认控制输出量；将补偿控制输出量与默认控制输出量的矢量和，确定为机器人的实际控制量，并根据实际控制量控制机器人。

这里的默认控制算法包括但不限于现有的摩擦力补偿算法、重力补偿算法、惯性力补偿算法、柔性控制算法、轨迹控制算法等。采用上述技术方案，在机器人的默认控制算法不同，以及在用户与机器人的交互状态不同的情况下，均可为用户提供较佳的碰撞触觉反馈，提高用户的使用体验。

采用本申请实施例提供的实现机器人碰撞触觉的控制方法，在虚拟环境中的碰撞对象与虚拟物体出现碰撞的情况下，碰撞对象向位置对象运动，同时，现实环境中的机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；另外，在碰撞过程中，虚拟环境中碰撞对象与位置对象之间相对位置不断发生变化，同时，现实环境中的由当前实际位置指向当前映射位置的方向也不断发生变化，这样使机器人为用户提供了较佳的碰撞触觉；由于位置对象的第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系，并且而碰撞对象向位置对象运动，即，碰撞对象与位置对象的位置关系是虚拟环境内部的对应关系，同样不会发生变化，这确保了多次碰撞过程也不会影响机器人末端与碰撞对象的位置关系；在刚开始使碰撞对象碰撞以虚拟物体需要用户抬高手臂才能碰到，即使机器人运行一段时间之后，用户仍需抬高手臂才能使碰撞对象碰到虚拟物体，提高了用户的使用体验。

在实际应用场景中，虚拟环境中碰撞对象与虚拟物体的碰撞时长通常较短，那么机器人末端在第二受力状态持续的时长较短，可将此段时间内机器人所受外力(用户施加给机器人末端的力)视为不变，这样，在用户拖动机器人末端移动的过程中，碰撞对象每与虚拟物体碰撞一次，机器人末端向用户反馈一次“反弹”的感受，在用户抵抗该“反弹”反馈后，可维持机器人末端的移动方向不变，或者，维持机器人末端的移动速度不变。

例如，在图1c中所示的场景中，位置对象向右(图1c的右侧)移动过程中，碰撞对象与虚拟物体将产生多次碰撞，此时机器人末端可反馈多次“反弹”，用户可体验到“咯噔咯噔”的感觉。

另外，相比于通过阻抗控制模型实现触觉反馈，本实现机器人碰撞触觉的控制方法不依赖于机器人末端设置的力传感器；并且，由于不同的机器人的参数不同，采用阻抗控制模型需要设置不同的参数，而本实现机器人碰撞触觉的控制方法则无需针对不同的机器人分别设置不同的参数，这使得本控制方法的兼容性比较强，易于推广。

图3是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图。

结合图3所示，实现机器人碰撞触觉的控制方法包括：

S301、在检测到虚拟环境中碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置。

S302、获得第二当前位置与第一当前位置的当前虚拟位置差值。

S303、根据位置差值与运动状态的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态。

S304、使碰撞对象按照当前运动状态进行运动。

这里的当前运动状态可以是碰撞对象的当前速度，还可以是碰撞对象的当前加速度。

S305、获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置。

S306、获得碰撞对象的虚拟质量，以及碰撞对象的当前速度。

S307、根据质量、速度与控制输出量的对应关系，确定虚拟质量以及当前速度对应的补偿控制输出量。

在质量、速度与控制输出量的对应关系中，控制输出量对应的机器人末端的驱动力与质量正相关，控制输出量对应的机器人末端的驱动力与速度正相关。

S308、根据补偿控制输出量控制机器人，使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态。

其中，机器人末端在第二受力状态下所受合力与其在第一受力状态所受合力的矢量差，由当前实际位置指向当前映射位置；第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

根据这样的补偿控住输出量控制机器人，可使机器人末端反馈与虚拟环境中碰撞对象与虚拟物体的实际碰撞场景更加贴合的碰撞触觉，以提高用户的使用体验。

进一步地，根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人，使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态，还可实施为：获得当前映射位置与当前实际位置的当前实际位置差值，碰撞对象的虚拟质量以及碰撞对象的当前速度，根据位置差值、质量、速度与控制输出量的对应关系，确定当前实际位置差值、虚拟质量以及当前速度对应的补偿控制输出量，根据补偿输出量控制机器人，补偿控制输出量对应的机器人末端的驱动力由当前实际位置指向当前映射位置。

在位置差值、质量、速度与控制输出量的对应关系中，控制输出量对应的机器人末端的驱动力与位置差值正相关，控制输出量对应的机器人末端的驱动力与质量正相关，控制输出量对应的机器人末端的驱动力与速度正相关。

当前实际位置差值也不同，为维持机器人末端按照用户意愿移动，用户拖动机器人末端所需的力也不同，采用上述技术方案，在用户使力不同的情况下，可为用户提供不同程度的碰撞触觉，可提高用户对虚拟环境的关注度，提高用户的参与感，进而提高了用户的使用体验。

图4是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制方法的流程示意图。

结合图4所示，实现机器人碰撞触觉的控制方法包括：

S401、在检测到虚拟环境中碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置。

S402、根据第一当前位置以及第二当前位置控制碰撞对象的当前运动状态，使碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动。

S403、获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置。

S404、根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人，使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态。机器人末端在第二受力状态下所受合力与其在第一受力状态所受合力的矢量差，由当前实际位置指向当前映射位置；第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

S405、在检测到虚拟环境中碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体由碰撞状态切换至非碰撞状态的情况下，按默认控制算法控制机器人，使机器人末端的受力状态由第二受力状态切换至第一受力状态。

图5是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制装置的示意图。

结合图5所示，实现机器人碰撞触觉的控制装置包括第一获得模块51、第一控制模块52、第二控制模块53以及第三控制模块54；第一获得模块51用于在检测到虚拟环境中碰撞对象与虚拟环境中的虚拟物体出现碰撞的情况下，获得碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；第一控制模块52用于根据第一当前位置以及第二当前位置控制碰撞对象的当前运动状态，使碰撞对象由第一当前位置向第二当前位置运动；第二获得模块53用于获得第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；第二控制模块54用于根据当前映射位置以及机器人末端的当前实际位置控制机器人，使机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；其中，机器人末端在第二受力状态下所受合力与其在第一受力状态所受合力的矢量差，由当前实际位置指向当前映射位置；第二当前位置与当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

可选地，第一控制模块52包括第一获得单元、确定单元和第一控制单元；第一获得单元用于获得第二当前位置与第一当前位置的当前虚拟位置差值；确定单元用于根据位置差值与运动状态的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前运动状态；第一控制单元用于使碰撞对象按照当前运动状态进行运动。

可选地，第一确定单元具体用于：根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度；或者，根据位置差值与速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前速度。

可选地，根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度，包括：将当前虚拟位置差值与第一调整系数的乘积，确定为当前加速度。

可选地，根据位置差值与速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前速度，包括：将当前虚拟位置差值与第二调整系数的乘积，确定为当前速度。

可选地，第二控制模块54包括第二获得单元和第二控制单元，或者，第三获得单元和第二控制单元；第二获得单元用于获得碰撞对象的虚拟质量，以及碰撞对象的当前速度，根据质量、速度与控制输出量的对应关系，确定虚拟质量以及当前速度对应的补偿控制输出量；第三获得单元用于获得当前映射位置与当前实际位置的当前实际位置差值，根据位置差值与控制输出量的对应关系，获得当前实际位置对应的补偿控制输出量；第二控制单元用于根据补偿控制输出量控制机器人，补偿控制输出量对应的机器人末端的驱动力由当前实际位置指向当前映射位置。

可选地，第二控制单元具体用于获得机器人的默认控制算法的默认控制输出量；将补偿控制输出量与默认控制输出量的矢量和，确定为机器人的实际控制量，并根据实际控制量控制机器人。

在一些实施例中，实现机器人碰撞触觉的控制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实现机器人碰撞触觉的控制方法。

图6是本申请实施例提供的一种实现机器人碰撞触觉的控制装置的示意图。结合图6所示，实现机器人碰撞触觉的控制装置包括：

处理器(processor)61和存储器(memory)62，还可以包括通信接口(Communication Interface)63和总线64。其中，处理器61、通信接口63、存储器62可以通过总线64完成相互间的通信。通信接口63可以用于信息传输。处理器61可以调用存储器62中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的实现机器人碰撞触觉的控制方法。

此外，上述的存储器62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62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，如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62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62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62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。

本申请实施例提供了一种康复机器人，包含前述实施例提供的实现机器人的碰撞触觉的控制装置。

本申请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实现机器人碰撞触觉的控制方法。

本申请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实现机器人碰撞触觉的控制方法。

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。

本申请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)执行本申请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申请的实施例，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申请实施例的范围。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，在本申请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申请实施例的系统、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)

1.一种实现机器人碰撞触觉的控制方法，其特征在于，包括：

在检测到虚拟环境中碰撞对象与所述虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得所述碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；

根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，使所述碰撞对象由所述第一当前位置向所述第二当前位置运动；

获得所述第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；

根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，使所述机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；

其中，所述机器人末端在所述第二受力状态下所受合力与其在所述第一受力状态所受合力的矢量差，由所述当前实际位置指向所述当前映射位置；所述第二当前位置与所述当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，包括：

获得所述第二当前位置与所述第一当前位置的当前虚拟位置差值；

根据所述位置差值与运动状态的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前运动状态；

使所述碰撞对象按照所述当前运动状态进行运动。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，根据所述位置差值与运动状态的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前运动状态，包括：

根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度；或者，

根据位置差值与速度的对应关系，确定与所述当前虚拟位置差值对应的当前速度。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据位置差值与加速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前加速度，包括：

将所述当前虚拟位置差值与第一调整系数的乘积，确定为所述当前加速度。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，根据所述位置差值与速度的对应关系，确定与当前虚拟位置差值对应的当前速度，包括：

将所述当前虚拟位置差值与第二调整系数的乘积，确定为所述当前速度。

6.根据权利要求1至5任一项所述的控制方法，其特征在于，根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，包括：

获得所述碰撞对象的虚拟质量，以及所述碰撞对象的当前速度，根据质量、速度与控制输出量的对应关系，确定所述虚拟质量以及所述当前速度对应的补偿控制输出量；或者，获得所述当前映射位置与所述当前实际位置的当前实际位置差值，根据位置差值与控制输出量的对应关系，获得所述当前实际位置对应的补偿控制输出量；

根据所述补偿控制输出量控制所述机器人，所述补偿控制输出量对应的所述机器人末端的驱动力由所述当前实际位置指向所述当前映射位置。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，根据所述补偿控制输出量控制所述机器人，包括：

获得所述机器人的默认控制算法的默认控制输出量；

将所述补偿控制输出量与所述默认控制输出量的矢量和，确定为所述机器人的实际控制量，并根据所述实际控制量控制所述机器人。

8.一种实现机器人碰撞触觉的控制装置，其特征在于，包括：

第一获得模块，用于在检测到虚拟环境中碰撞对象与所述虚拟环境中的虚拟物体由非碰撞状态切换至碰撞状态的情况下，获得所述碰撞对象的第一当前位置以及位置对象的第二当前位置；

第一控制模块，用于根据所述第一当前位置以及所述第二当前位置控制所述碰撞对象的当前运动状态，使所述碰撞对象由所述第一当前位置向所述第二当前位置运动；

第二获得模块，用于获得所述第一当前位置在现实环境中的当前映射位置；

第二控制模块，用于根据所述当前映射位置以及所述机器人末端的当前实际位置控制机器人，使所述机器人末端的受力状态由第一受力状态切换至第二受力状态；

其中，所述机器人末端在所述第二受力状态下所受合力与其在所述第一受力状态所受合力的矢量差，由所述当前实际位置指向所述当前映射位置；所述第二当前位置与所述当前实际位置之间具有一一对应的映射关系。

9.一种实现机器人碰撞触觉的控制装置，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任一项所述的实现机器人碰撞触觉的控制方法。

10.一种康复机器人，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的实现机器人碰撞触觉的控制装置。

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