CN116224892B - 一种机器人的控制方法、装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本说明书公开了一种机器人的控制方法、装置、存储介质及电子设备。所述机器人的控制方法包括：确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，根据各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息，根据ZMP的移动轨迹，确定质心的运动轨迹，以及，根据位姿信息，确定各机械足的运动轨迹，基于质心的运动轨迹以及各机械足对应的运动轨迹，确定各目标关节对应的关节角轨迹，并根据关节角轨迹确定用于控制双足机器人的运动规划数据，以根据运动规划数据控制双足机器人通过各机械足进行移动。

Description

一种机器人的控制方法、装置、存储介质及电子设备

技术领域

本说明书涉及机器人领域，尤其涉及一种机器人的控制方法、装置、存储介质及电子设备。

背景技术

随着移动机器人技术快速发展，各种各样的机器人被广泛地应用于工业、服务、军事等诸多领域，相比于传统的履带式机器人，双足机器人能够更好的适应复杂地形，比如进行障碍跨越、非连续路径运动等，应用前景广阔。

双足机器人的结构通常较为复杂，在移动的过程中往往需要依照预先设定的运动轨迹来实现身体的平衡与稳定，双足机器人的步态规划是控制双足机器人进行稳定运动的重要基础。

然而，目前通常采用简化的数学模型来对双足机器人进行步态规划，这与机器人实际模型之间存在较大差别，如倒立摆模型，该模型通过分析轨道能量来表征机器人运动是否稳定，较难实现对双足机器人进行精确、稳定的控制。

因此，如何控制双足机器人进行稳定的移动，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本说明书提供一种机器人的控制方法、装置、存储介质及电子设备，以部分的解决现有技术存在的上述问题。

本说明书采用下述技术方案：

本说明书提供了一种机器人的控制方法，包括：

确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态；

根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息；

根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹；

根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹；

基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

可选地，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，具体包括：

针对每个时间阶段，若所述双足机器人在该时间阶段处于单机械足支撑状态，则确定所述ZMP位于当前处于支撑状态的机械足所对应的落脚点上；

若所述双足机器人在该时间阶段处于双足支撑状态，则确定所述ZMP位于上一个机械足对应的落脚点与下一个机械足对应落脚点之间。

可选地，所述各时间阶段包括：起始步阶段、中间步阶段以及结束步阶段中的至少一种，所述中间步阶段中包含有至少一个所述双足机器人的步行周期。

可选地，所述起始步阶段包括：静止状态子阶段、行走前的躯体摆动子阶段、重心保持子阶段以及ZMP转移子阶段中的至少一种。

可选地，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，具体包括：

根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人在进行移动时的机械足支撑状态序列；

根据所述机械足支撑状态序列确定所述ZMP的移动轨迹。

可选地，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息，具体包括：

针对所述双足机器人的每个机械足，确定该机械足处于支撑状态的时间阶段，作为第一时间阶段，以及，确定各机械足处于摆动状态的时间阶段，作为第二时间阶段；

确定所述双足机器人的每个机械足在所述第一时间阶段所对应的位姿信息。

可选地，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹，具体包括：

针对所述双足机器人的每个机械足，根据该机械足在各第一时间阶段对应的位姿信息，确定该机械足在各第二时间阶段中的每个时刻所对应的位姿信息；

根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹。

可选地，根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹，具体包括：

根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息和该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，以及该机械足在抬起和着地过程中的预设速度、加速度、抬起高度以及控制点中的至少一种，确定该机械足对应的运动轨迹。

可选地，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息之前，所述方法还包括：

确定所述双足机器人的初始落脚点所对应的机械足。

可选地，根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹，具体包括：

根据所述ZMP的移动轨迹确定所述质心在每个时刻对应的位置，以及，针对每个时刻，根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述各机械足在该时刻对应的姿态角；

根据所述各机械足在该时刻对应的姿态角，确定所述质心在该时刻对应的姿态角；

根据所述质心在每个时刻对应的姿态角，以及所述质心在每个时刻对应的位置，确定所述质心的运动轨迹。

可选地，基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，具体包括：

根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人上的浮动基座对应的运动轨迹；

根据所述浮动基座对应的运动轨迹、所述各机械足对应的运动轨迹、所述质心的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹。

可选地，所述浮动基座包括：所述双足机器人的机械盆骨。

本说明书提供了一种机器人的控制装置，包括：

第一确定模块，确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态；

第二确定模块，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息；

第三确定模块，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹；

第四确定模块，根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹；

控制模块，基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

本说明书提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述机器人的控制方法。

本说明书提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述机器人的控制方法。

本说明书采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

在本说明书提供的机器人的控制方法中，首先确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，根据各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息，根据ZMP的移动轨迹，确定质心的运动轨迹，以及，根据位姿信息，确定各机械足的运动轨迹，基于质心的运动轨迹以及各机械足对应的运动轨迹，确定各目标关节对应的关节角轨迹，并根据关节角轨迹确定用于控制双足机器人的运动规划数据，以根据运动规划数据控制双足机器人通过各机械足进行移动。

从上述方法可以看出，本方案中质心的移动轨迹是基于ZMP的移动轨迹生成的，而ZMP的移动轨迹需要通过机器人在移动过程中的机械足的支撑状态来进行确定，使得ZMP的移动轨迹能够很好的与机器人的实际模型相适配，并且，由于ZMP为能够使机器人保持平衡的稳定作用点，在此前提下，基于该点确定出的质心的移动轨迹以及后续确定出的关节角轨迹也势必能够使机器人在整个移动过程中保持稳定状态，进一步使根据质心的移动轨迹以及机械足的移动轨迹所生成的运动规划数据能够保证对双足机器人进行精准、稳定的控制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：

图1为本说明书中提供的一种机器人的控制方法的流程示意图；

图2为本说明书中提供的一种双足机器人移动过程中的机械足支撑状态示意图；

图3为本说明书中提供的一种双足机器人各机械足的运动轨迹示意图；

图4为本说明书中提供的一种双足机器人质心的运动轨迹示意图；

图5为本说明书中提供的一种关节角轨迹的逆解过程示意图；

图6为本说明书中提供的一种双足机器人的整体控制过程示意图；

图7为本说明书提供的一种机器人的控制装置的示意图；

图8为本说明书提供的一种对应于图1的电子设备示意图。

具体实施方式

为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书保护的范围。

以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

图1为本说明书中提供的一种机器人的控制方法的流程示意图，包括以下步骤：

S101：确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态。

S102：根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息。

由于双足机器人系统结构复杂，研究方向多样，涉及结构、驱动、硬件设计、平衡、稳定性、规划、导航等多种研究领域，因此其研究与发展需要较多科研人员的投入与合作。考虑不同的物理仿真环境、样机系统的部署与迁移、多种控制算法的添加，提出一种结构清晰、模块化实现的双足机器人的步态规划系统与实现方法是非常必要的。

基于此，本说明书提供了一种机器人的控制方法，基于各时间阶段对应的机械足支撑状态生成ZMP（Zero Moment Point，ZMP）轨迹，进而根据质心的运动轨迹以及机械足的运动轨迹控制双足机器人进行移动。

在本说明书中，用于实现一种机器人的控制方法的执行主体可以是双足机器人的服务器等指定设备，也可以为双足机器人的控制终端，为了便于描述，本说明书仅以控制终端作为执行主体为例，对本说明书提供的一种机器人的控制方法进行说明。

其中，双足机器人共包含有两个机械足，分别为第一机械足以及第二机械足，分别对应双足机器人的左、右脚，双足机器人可以确定在通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态。

在本说明书中，上述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态，单机械足支撑状态包括第一机械足支撑状态以及第二机械足支撑状态。

控制终端可以通过用户输入的期望步态，确定双足机器人在移动过程中的步长、步行周期、落脚点和各机械足的姿态角。

在双足机器人进行仿人行走时，需要考虑行走过程中的双机械足支撑状态（Ddouble Support Phase ，DSP）阶段和单机械足支撑状态(Single Support Phase ，SSP)阶段，在SSP阶段，ZMP始终处于支撑状态的机械足内，而在DSP阶段，ZMP从上一个支撑足移动到下一个支撑足，此时ZMP位于上一个支撑足对应的落脚点与下一个支撑足对应落脚点之间。因此，ZMP轨迹的规划需要与不同的机械足支撑状态的时间序列相对应，控制终端可以根据各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定双足机器人在进行移动时的机械足支撑状态序列，为了便于理解，本说明书提供了一种双足机器人移动过程中的机械足支撑状态示意图，如图2所示。

图2为本说明书中提供的一种双足机器人移动过程中的机械足支撑状态示意图。

其中，规划双足机器人未来进行运动的整体过程Tsup_series共包括三个时间阶段，依次为：起始步（Tsup0），中间步（Tsup1~ Tsup（n-2）），结束步（）。

起始步Tsup0共包含有四个子阶段，包括：静止状态子阶段t1、行走前的躯体摆动子阶段t2、重心保持子阶段t3以及ZMP转移子阶段t4。其中，ZMP转移子阶段为DSP状态，此时ZMP会从第一个支撑足的落脚点移动到第二个支撑足的落脚点。

中间步是行走过程中的循环阶段，从SSP状态开始，SSP状态的时间为当前步的步行周期的倍数（1-k），然后是DSP状态，DSP状态的时间等于当前步行周期的与下一步行周期求和的一半，以Tsup1为例，Tsup1的 SSP状态结束后的DSP状态的时间为，其中，k为预设系数。

结束步也包括4个子阶段，从倒数第二步的SSP结束时刻，经过t1的DSP时间，完成静止前的最后一个摆动，保持t2时间，然后经过t3的DSP回到静止状态。

在本说明书中，用户可以事先输入每一步的步行周期，控制终端可以根据每一步的步行时间自动生成各阶段时间以及各子阶段对应的持续时间。

当然，上述每一步的步行周期也可以由控制终端自动生成。

进一步的，控制终端可以根据各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定双足机器人在运动过程中的机械足支撑状态序列，而后控制终端可以通过ZMP生成器，根据该支撑状态序列以及双足机器人在移动过程中的各落脚点的位置和各机械足的姿态角，生成连续的ZMP轨迹。

这样一来，控制终端就可以在双足机器人处于SSP状态时，令ZMP位于当前的支撑足上，双足机器人处于DSP状态时，令ZMP从上一个支撑足移动下一个支撑足上。

S103：根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹。

控制终端可以通过落脚点轨迹生成器，确定双足机器人的每个机械足处于支撑状态的时间阶段，作为第一时间阶段，以及，确定各机械足处于摆动状态的时间阶段，作为第二时间阶段，进而确定双足机器人的每个机械足在第一时间阶段所对应的位姿信息。

其中，落脚点轨迹生成器需要事先判断双足机器人的初始落脚点所对应的机械足，即双足机器人第一个抬起的脚是第一机械足还是第二机械足，当初始落脚点对应的机械足为第一机械足时，各机械足的位置、姿态与上述支撑状态序列之间的对应关系如表1所示。

当双足机器人的初始落脚点所对应的机械足为第二机械足时，各机械足的位置、姿态与上述支撑状态序列之间的对应关系如表2所示。

在表1和表2中，第一机械足和第二机械足的位置、姿态与支撑状态序列对齐。定义输入的落脚点数量为偶数n, 第一个落脚点编号为p(0)，以此类推，最后一个落脚点编号为p(n-1)，定义输入的落脚点的转动角序列为r，p(0)对应的转动角度为r(0)，p(n-1)对应的转动角度为r(n-1)，255表示机械足在该时间阶段处于摆动状态，此时另一机械足势必处于支撑状态。

需要注意的是，有转向时需要利用坐标系变换矩阵对落脚点的位置进行修正更新，以实现期望的运动。上述落脚点位置以及转动角度可以由用户预先进行设定，当然，也可以由控制终端自动生成。

根据仿人行走规律，第一机械足和第二机械足交替支撑的同时也交替在空中摆动，因此可以利用摆动腿轨迹生成器生成摆动脚在三维空间中连续的运动轨迹。

在此过程中，对于双足机器人的每个机械足，控制终端可以根据该机械足在第一时间阶段对应的位姿信息，推算出该机械足在第二时间阶段中的每个时刻所对应的位姿信息，进而根据该机械足在第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹。

以表1或表2为例，当机械足的位置为255时，表明当该机械足在该时间阶段处于摆动状态，因此终端控制终端需要从抬脚位置到落脚位置之间的运动轨迹进行运动规划，生成出该机械足处于摆动状态时的位置轨迹。

在本说明书中，控制终端可以采用分段曲线、多项式曲线、贝塞尔曲线、样条曲线等满足运动要求的插值方法，确定处于摆动状态的机械足的位置轨迹。

同样的，当机械足的姿态为255时，同样可以采用分段曲线、多项式曲线等插值方法，确定该机械足的姿态轨迹。

进而结合上述位置轨迹以及姿态轨迹，确定每个机械足对应的运动轨迹。

需要说明的是，在确定双足机器人的运动轨迹时，除了考虑到上述各机械足的位姿信息外，还可以考虑各机械足在抬起和着地过程中的预设速度、加速度、抬起高度以及控制点生成的凸包中的至少一种，确定各机械足对应的运动轨迹。

需要说明的是，上述预设速度、加速度、抬起高度以及控制点生成的凸包可以是用户预先设置好的针对双足机器人的运动约束。为了便于理解，本说明书提供了一种双足机器人各机械足的运动轨迹示意图，如图3所示。

图3为本说明书中提供的了一种双足机器人各机械足的运动轨迹示意图。

其中，双足机器人的左脚可以为其第一机械足，右脚可以为其第二机械足，图中实线对应的轨迹为第一机械足对应的运动轨迹，虚线对应的轨迹为第二机械足对应的运动轨迹。

S104：根据所述ZMP的移动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹，以及，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹。

由于双足机器人的步态规划系统主要是通过生成关键位置（如质心、左右脚）的运动轨迹，然后通过逆解模块求解关节角轨迹。因此，控制终端可以通过质心轨迹生成器，根据所述ZMP的移动轨迹确定所述质心在每个时刻对应的位置，以及，针对每个时刻，根据各机械足对应的运动轨迹，确定各机械足在该时刻对应的姿态角。

而后根据各机械足在该时刻对应的姿态角，确定质心在该时刻对应的姿态角，进而根据质心在每个时刻对应的姿态角，以及质心在每个时刻对应的位置，确定质心的运动轨迹。

对于双足机器人在每个时刻的空间位置，当机器人平地行走时，质心在垂直方向的高度保持不变。当机器人上下台阶时，质心在垂直方向的运动需要根据上下台阶任务进行规划。当机器人有转向时，质心的姿态需要随着落脚点的转向而转动，以保持身体的平衡，其中，质心姿态角= 1/2（第一机械足姿态角+第二机械足姿态角）。为了便于理解，本说明书提供了一种双足机器人质心的运动轨迹示意图，如图3所示。

图4为本说明书中提供的一种双足机器人质心的运动轨迹示意图。

其中，图4的上部分为在水平方向（x轴方向）双足机器人ZMP的移动轨迹（图中实线对应的轨迹）和质心的运动轨迹（图中虚线对应的轨迹），下部分为在垂直方向（y轴方向）双足机器人ZMP的移动轨迹和质心的运动轨迹。

S105：基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

确定质心的运动轨迹以及各机械足的运动轨迹后，控制终端可以将质心的运动轨迹以及各机械足的运动轨迹输入逆解模块，从而通过逆解模块输出双足机器人各机械腿的关节角轨迹。

具体的，控制终端可以选取双足机器人的固定一点作为浮动基座，在本说明书中，该浮动基座可以为双足机器人的机械盆骨，而后可以根据机械盆骨和质心之间的位置关系，把质心运动转化为浮动基座位置的运动。

通常，双足机器人的脚踝到地面有一定距离，而各机械足的运动规划中，设计的是脚底板中间位置的轨迹，根据脚踝与脚底板中间位置的相对关系，把左右脚的运动转化为左右脚脚踝的运动。最后，根据浮动基座对应的运动轨迹、各机械足对应的运动轨迹、质心的运动轨迹、机器人的构型，通过腿部逆解算法得到实现期望步态的各目标关节的关节角轨迹。而后控制终端可以根据关节角轨迹确定双足机器人的整体运动规划数据，进而将该运动规划数据发送给双足机器人，从而控制双足机器人进行运动。为了便于理解，本说明书提供了一种关节角轨迹的逆解过程示意图，如图5所示。

图5为本说明书中提供的一种关节角轨迹的逆解过程示意图。

其中，控制终端可以将ZMP生成器生成的ZMP轨迹，输入质心轨迹生成器，确定质心的运动轨迹，根据摆动腿轨迹生成器确定各机械足的运动轨迹，进而将质心的运动轨迹以及各机械足的运动轨迹输入到逆解模型，推断盆骨（浮动基座）轨迹以及踝关节轨迹，进而通过逆运动学运算确定双足机器人各目标关节的关节角轨迹。

其中，控制终端可以用过有线连接的方式将运动规划数据发送给双足机器人，当然也可以通过诸如Wi-Fi、蓝牙等无线连接的方式进行发送，本说明书对此不做具体限定。为了便于理解，本说明书提供了一种双足机器人的整体控制过程示意图，如图6所示。

图6为本说明书中提供的一种双足机器人的整体控制过程示意图。

其中，用户可以输入双足机器人的期望步态（如步行周期长度、各时间阶段长度、落脚点位置以及各机械足的姿态角等），而后控制终端可以通过ZMP生成器，生成ZMP轨迹，通过质心轨迹生成器，确定质心的运动轨迹，以及，根据各时间阶段对应的支撑状态序列，由机器人左右脚的落脚点生成器以及摆动腿轨迹生成器生成左右脚（第一机械足以及第二机械足）的运动轨迹，通过逆解模块，根据质心轨迹以及左右脚运动轨迹确定关节角轨迹，进而根据关节角轨迹生成运动规划数据控制双足机器人进行移动。

从上述方法可以看出，本方案中质心的移动轨迹是基于ZMP的移动轨迹生成的，由于ZMP为能够使机器人保持平衡的稳定作用点，在此前提下，基于该点确定出的质心的移动轨迹以及后续确定出的关节角轨迹也势必能够使机器人在整个移动过程中保持稳定状态，使得根据质心的移动轨迹以及机械足的移动轨迹所生成的运动规划数据能够进一步保证对双足机器人进行精准、稳定的控制。

以上为本说明书的一个或多个实施机器人的控制方法，基于同样的思路，本说明书还提供了相应的机器人的控制装置，如图7所示。

图7为本说明书提供的一种机器人的控制装置的示意图，包括：

第一确定模块701，确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态；

第二确定模块702，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息；

第三确定模块703，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹；

第四确定模块704，根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹；

控制模块705，基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

可选地，所述第二确定模块702具体用于，针对每个时间阶段，若所述双足机器人在该时间阶段处于单机械足支撑状态，则确定所述ZMP位于当前处于支撑状态的机械足所对应的落脚点上；若所述双足机器人在该时间阶段处于双足支撑状态，则确定所述ZMP位于上一个机械足对应的落脚点与下一个机械足对应落脚点之间。

可选地，所述各时间阶段包括：起始步阶段、中间步阶段以及结束步阶段中的至少一种，所述中间步阶段中包含有至少一个所述双足机器人的步行周期。

可选地，所述起始步阶段包括：静止状态子阶段、行走前的躯体摆动子阶段、重心保持子阶段以及ZMP转移子阶段中的至少一种。

可选地，所述第二确定模块702具体用于，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人在进行移动时的机械足支撑状态序列；根据所述机械足支撑状态序列确定所述ZMP的移动轨迹。

可选地，所述第二确定模块702具体用于，针对所述双足机器人的每个机械足，确定该机械足处于支撑状态的时间阶段，作为第一时间阶段，以及，确定各机械足处于摆动状态的时间阶段，作为第二时间阶段；确定所述双足机器人的每个机械足在所述第一时间阶段所对应的位姿信息。

可选地，所述第三确定模块703具体用于，针对所述双足机器人的每个机械足，根据该机械足在各第一时间阶段对应的位姿信息，确定该机械足在各第二时间阶段中的每个时刻所对应的位姿信息；根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹。

可选地，所述第三确定模块703具体用于，根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息和该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，以及该机械足在抬起和着地过程中的预设速度、加速度、抬起高度以及控制点中的至少一种，确定该机械足对应的运动轨迹。

可选地，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息之前，所述第三确定模块703还用于，确定所述双足机器人的初始落脚点所对应的机械足。

可选地，所述第四确定模块704具体用于，根据所述ZMP的移动轨迹确定所述质心在每个时刻对应的位置，以及，针对每个时刻，根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述各机械足在该时刻对应的姿态角；根据所述各机械足在该时刻对应的姿态角，确定所述质心在该时刻对应的姿态角；根据所述质心在每个时刻对应的姿态角，以及所述质心在每个时刻对应的位置，确定所述质心的运动轨迹。

可选地，所述控制模块705具体用于，根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人上的浮动基座对应的运动轨迹；根据所述浮动基座对应的运动轨迹、所述各机械足对应的运动轨迹、所述质心的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹。

可选地，所述浮动基座包括：所述双足机器人的机械盆骨。本说明书还提供了一种计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，计算机程序可用于执行上述图1提供的一种机器人的控制方法。

本说明书还提供了图8所示的一种对应于图1的电子设备的示意结构图。如图8所述，在硬件层面，该电子设备包括处理器、内部总线、网络接口、内存以及非易失性存储器，当然还可能包括其他业务所需要的硬件。处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，以实现上述图1所述的机器人的控制方法。当然，除了软件实现方式之外，本说明书并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。

对于一个技术的改进可以很明显地区分是硬件上的改进（例如，对二极管、晶体管、开关等电路结构的改进）还是软件上的改进（对于方法流程的改进）。然而，随着技术的发展，当今的很多方法流程的改进已经可以视为硬件电路结构的直接改进。设计人员几乎都通过将改进的方法流程编程到硬件电路中来得到相应的硬件电路结构。因此，不能说一个方法流程的改进就不能用硬件实体模块来实现。例如，可编程逻辑器件（ProgrammableLogic Device, PLD）（例如现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA））就是这样一种集成电路，其逻辑功能由用户对器件编程来确定。由设计人员自行编程来把一个数字系统“集成”在一片PLD上，而不需要请芯片制造厂商来设计和制作专用的集成电路芯片。而且，如今，取代手工地制作集成电路芯片，这种编程也多半改用“逻辑编译器（logic compiler）”软件来实现，它与程序开发撰写时所用的软件编译器相类似，而要编译之前的原始代码也得用特定的编程语言来撰写，此称之为硬件描述语言（HardwareDescription Language，HDL），而HDL也并非仅有一种，而是有许多种，如ABEL（AdvancedBoolean Expression Language）、AHDL（Altera Hardware Description Language）、Confluence、CUPL（Cornell University Programming Language）、HDCal、JHDL（JavaHardware Description Language）、Lava、Lola、MyHDL、PALASM、RHDL（Ruby HardwareDescription Language）等，目前最普遍使用的是VHDL（Very-High-Speed IntegratedCircuit Hardware Description Language）与Verilog。本领域技术人员也应该清楚，只需要将方法流程用上述几种硬件描述语言稍作逻辑编程并编程到集成电路中，就可以很容易得到实现该逻辑方法流程的硬件电路。

控制器可以按任何适当的方式实现，例如，控制器可以采取例如微处理器或处理器以及存储可由该（微）处理器执行的计算机可读程序代码（例如软件或固件）的计算机可读介质、逻辑门、开关、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器的形式，控制器的例子包括但不限于以下微控制器：ARC 625D、Atmel AT91SAM、Microchip PIC18F26K20 以及Silicone Labs C8051F320，存储器控制器还可以被实现为存储器的控制逻辑的一部分。本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本说明书时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，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、商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、商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、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (15)

1.一种机器人的控制方法，其特征在于，包括：

确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态；

根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定各时间阶段对应所述双足机器人的各足位置，根据预设的期望步态以及所述各足位置，确定各时间阶段对应所述双足机器人的位姿信息，其中，所述位姿信息包括足位置以及足姿态；

根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹；

根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹；

基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，具体包括：

针对每个时间阶段，若所述双足机器人在该时间阶段处于单机械足支撑状态，则确定所述ZMP位于当前处于支撑状态的机械足所对应的落脚点上；

若所述双足机器人在该时间阶段处于双足支撑状态，则确定所述ZMP位于上一个机械足对应的落脚点与下一个机械足对应落脚点之间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各时间阶段包括：起始步阶段、中间步阶段以及结束步阶段中的至少一种，所述中间步阶段中包含有至少一个所述双足机器人的步行周期。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述起始步阶段包括：静止状态子阶段、行走前的躯体摆动子阶段、重心保持子阶段以及ZMP转移子阶段中的至少一种。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，具体包括：

根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人在进行移动时的机械足支撑状态序列；

根据所述机械足支撑状态序列确定所述ZMP的移动轨迹。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息，具体包括：

针对所述双足机器人的每个机械足，确定该机械足处于支撑状态的时间阶段，作为第一时间阶段，以及，确定各机械足处于摆动状态的时间阶段，作为第二时间阶段；

确定所述双足机器人的每个机械足在所述第一时间阶段所对应的位姿信息。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹，具体包括：

针对所述双足机器人的每个机械足，根据该机械足在各第一时间阶段对应的位姿信息，确定该机械足在各第二时间阶段中的每个时刻所对应的位姿信息；

根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息以及该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，确定该机械足对应的运动轨迹，具体包括：

根据该机械足在所述第一时间阶段对应的位姿信息和该机械足在所述第二时间阶段的每个时刻所对应的位姿信息，以及该机械足在抬起和着地过程中的预设速度、加速度、抬起高度以及控制点中的至少一种，确定该机械足对应的运动轨迹。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述双足机器人的每个机械足在处于支撑状态的各时间阶段所对应的位姿信息之前，所述方法还包括：

确定所述双足机器人的初始落脚点所对应的机械足。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹，具体包括：

根据所述ZMP的移动轨迹确定所述质心在每个时刻对应的位置，以及，针对每个时刻，根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述各机械足在该时刻对应的姿态角；

根据所述各机械足在该时刻对应的姿态角，确定所述质心在该时刻对应的姿态角；

根据所述质心在每个时刻对应的姿态角，以及所述质心在每个时刻对应的位置，确定所述质心的运动轨迹。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，具体包括：

根据所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人上的浮动基座对应的运动轨迹；

根据所述浮动基座对应的运动轨迹、所述各机械足对应的运动轨迹、所述质心的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述浮动基座包括：所述双足机器人的机械盆骨。

13.一种机器人的控制装置，其特征在于，包括：

第一确定模块，确定双足机器人通过机械足进行移动时，在各时间阶段对应的机械足支撑状态，所述机械足支撑状态包括：单机械足支撑状态以及双机械足支撑状态；

第二确定模块，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定所述双足机器人对应的零力矩点ZMP在各机械足之间的移动轨迹，以及，根据所述各时间阶段对应的机械足支撑状态，确定各时间阶段对应所述双足机器人的各足位置，根据预设的期望步态以及所述各足位置，确定各时间阶段对应所述双足机器人的位姿信息，其中，所述位姿信息包括足位置以及足姿态；

第三确定模块，根据所述位姿信息，确定所述各机械足对应的运动轨迹；

第四确定模块，根据所述ZMP的移动轨迹和所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人的质心的运动轨迹；

控制模块，基于所述质心的运动轨迹以及所述各机械足对应的运动轨迹，确定所述双足机器人各目标关节对应的关节角轨迹，并根据所述关节角轨迹确定用于控制所述双足机器人的运动规划数据，以根据所述运动规划数据控制所述双足机器人通过各机械足进行移动。

14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述权利要求1~12任一项所述的方法。

15.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1~12任一项所述的方法。