CN116880534A - 足式机器人控制方法以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种足式机器人控制方法以及机器人。该方法通过若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力；基于补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到至少一条腿对应的第二足端力，以增加至少一条腿在目标方向上的分力，使至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，至少一条腿在同一个控制周期内的目标方向与打滑方向相反。通过在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在发生打滑时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

Description

足式机器人控制方法以及机器人

技术领域

本申请涉及机器人控制领域，更具体地，涉及一种足式机器人控制方法以及机器人。

背景技术

足式机器人相对于传统的轮式机器人，能够很好的穿越复杂地形环境，如路缘石、楼梯和障碍物等，具有更强的适应能力。但对于足式机器人而言，在光滑、碎石或沙地等地形上保持稳定的运动状态也是一项具有挑战性的任务。机器人可以通过与地面的摩擦系数确定足端力的大小，但在机器人已经发生打滑的情况下，对于足端力的控制往往难以及时做出调整，导致机器人无法及时抑制打滑状态。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提出了一种足式机器人控制方法以及机器人，以在足式机器人打滑时通过补偿接触力降低机器人的打滑速度或者使其停止打滑。

第一方面，本申请实施例提供了一种足式机器人控制方法，所述足式机器人包括至少两条腿，所述方法包括：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

第二方面，本申请实施例提供了一种机器人，包括机身和至少两条腿，所述至少两条腿和所述机身相连接；与所述机身通信的控制系统，所述控制系统包括处理器和与所述处理器通信的存储单元，所述存储单元存储指令，所述指令在所述处理器上被运行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

本申请提供的方案，通过若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。通过在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在打滑发生时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1示出了本申请实施例提供的机器人的硬件结构示意图。

图2示出了本申请实施例提供的机器人的机械结构示意图。

图3示出了本申请一个实施例提供的足式机器人控制方法的流程示意图。

图4示出了本申请另一个实施例提供的足式机器人控制方法的流程示意图。

图5示出了本申请另一个实施例中步骤S230的具体流程示意图。

图6示出了本申请另一个实施例中步骤S240的具体流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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。

发明人提出了本申请实施例提供的足式机器人控制方法以及机器人，通过在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在打滑发生时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

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，图1为本申请其中一个实施例提供的机器人100的硬件结构示意图。机器人100可以是多种形态机器人中的任何一种，具体包括但不限于轮式机器人、足式机器人、履带式机器人、爬行机器人、蠕动式机器人或者游动式机器人等中的至少一种，例如机器人100具体可以是足式机器人，也可以是足式与轮式相结合的机器人。其中，足式机器人包括单足机器人、双足机器人或者多足机器人。多足机器人是指具有三个足或者三个以上的足式机器人，例如多足机器人具体可以是四足机器人。机器人是指一种能够半自主或全自主执行工作的机器，机器人并不限定于人形的机器装置，还可以包括例如狗、马、蛇、鱼、猿或猴等构型的机器人，例如机器人具体可以是一种四足的机器马。在图1所示的实施方式中，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、处理器110、电源111。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1中示出的机器人100的具体结构并不构成对机器人100的限定，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。

图2是根据本申请一个实施例提供的机器人的机械结构示意图。下面结合图1和图2对机器人100的各个部件进行具体的介绍：

机械单元101为机器人100的硬件。如图1所示，机械单元101可包括驱动板1011、电机1012、机械结构1013，如图2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，传输给处理器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用于获取机器人100周围环境的信息数据以及监控机器人100内部各部件的参数数据，并发送给处理器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，再送给处理器110，并能接收处理器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，传送给处理器110以确定触摸事件的类型，随后处理器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1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。

处理器110是机器人100的控制中心，利用各种接口和线路连接整个机器人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1所示的实施方式中，电源111电连接处理器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机器人100进行通信连接，在终端设备与机器人100进行通信时，可以通过终端设备来向机器人100发送指令信息，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，将指令信息传输至处理器110，使得处理器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，机器人100可以包括传感单元103，传感单元103可根据机器人100所在的当前环境可生成指令信息。处理器110可根据指令信息来判断机器人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。环境传感器与处理器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。

下面将结合附图具体描述本申请实施例提供的足式机器人控制方法。

请参阅图3，图3示出了本申请一个实施例提供的足式机器人控制方法的流程示意图，所述足式机器人包括至少两条腿，下面将针对图3所示流程进行详细阐述，所述足式机器人控制方法具体可以包括以下步骤：

步骤S110：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

在本申请实施例中，足式机器人包括至少两条腿，并通过至少两条腿之间的交互摆动，使机器人的机身整体向前运动。显然，在机器人运动的过程中，包括至少一条腿处于支撑相，用于支撑机器人机身的重量，也包括至少一条腿处于摆动相，用于按照预定运行轨迹向前运动。在处于摆动相的至少一条腿触地后，机器人可以将所有腿分别所处的支撑相或摆动相进行切换，也就是将原本摆动相的腿切换为支撑相，以支撑机器人机身的重量，将原本处于支撑相的腿切换为摆动相，以按照预定运行轨迹改变机器人的位置。由此，机器人可以通过多条腿在摆动相和支撑相之间的交互切换，实现机器人机身的移动。

具体来说，机器人是通过处于支撑相的至少一条腿与地面之间的第一足端力，来确保处于支撑相的至少一条腿能够稳定地支撑机器人机身的重量。但在复杂多变的实际路面上运行时，机器人的至少一条腿很可能会发生打滑，此时若机器人不能及时检测到打滑状态的发生，无法及时对至少一条腿对应的第一足端力进行调整，那么机器人的打滑状态无法得到抑制，机身很可能就会发生侧翻。因此，机器人在运动过程中，需要不断检测处于支撑相的至少一条腿所处的运动状态，即检测至少一条腿是否发生打滑，以便于机器人在至少一条腿发生打滑的情况下，及时对至少一条腿对应的第一足端力进行修正，避免至少一条腿持续打滑，进而减少机器人的打滑次数。

具体来说，若检测到机器人至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，那么机器人可以计算至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力，以便于通过补偿接触力对至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力进行补偿，进而抑制至少一条腿的打滑状态，或者使至少一条腿停止打滑。

可以理解的，机器人中处于支撑相的至少一条腿对应的第一足端力，在不同的控制周期可以对应不同的大小，具体来说，机器人可以基于当前控制周期或者前一控制周期中，至少一条腿与地面之间的摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力。若至少一条腿在当前控制周期没有发生打滑，那么第一足端力可以支撑机器人在当前控制周期内平稳的运行。若在当前控制周期内，机器人的至少一条腿出现打滑，那么为了避免至少一条腿发生进一步的滑动，影响机器人机身的稳定性，机器人可以通过补偿接触力对至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力进行补偿，例如增加至少一条腿在打滑方向的相反方向上的分力，以抑制至少一条腿的打滑趋势。

在一些实施方式中，机器人可以通过处于支撑相的至少一条腿在前一控制周期对应的第一足端力，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力，进而基于至少一条腿在当前控制周期是否处于打滑状态，对当前控制周期对应的第一足端力进行调整。

显然，机器人的控制周期与相位切换的步态周期不同，并且机器人的控制周期长度远小于至少一条腿在支撑相和摆动相之间进行相位切换的切换周期。也就是说，至少一条腿必然存在连续多个控制周期均处于支撑相，那么这多个连续控制周期内，机器人不会控制处于支撑相的至少一条腿移动位置，那么地面与至少一条腿的足端之间的摩擦系数也就是固定的。但应当理解的是，由于机器人机身仍处于不断的运动过程中，那么在这多个连续的控制周期内，均处于支撑相的至少一条腿与地面之间的第一足端力的大小和方向可能会发生相应的变化。由此至少一条腿在不同控制周期可能对应不同的第一足端力，进而也就可能存在某个控制周期，使至少一条腿处于打滑状态。

在一些实施方式中，机器人可以通过至少一条腿在打滑状态的滑动速度或者滑动距离，确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。显然，至少一条腿的滑动速度越大，表明此时机器人的不稳定性越强，那么至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力也就应当越大，由此才能更快速的抑制至少一条腿的打滑状态。同理，至少一条腿的滑动距离越大，机器人的不稳定性越强，至少一条腿对应的补偿接触力也就越大。

步骤S120：基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

在本申请实施例中，若机器人中处于支撑相的至少一条腿在当前控制周期处于打滑状态，那么机器人在确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力后，可以基于补偿接触力对当前控制周期对应的第一足端力进行补偿，以使补偿后得到的第二足端力，在打滑方向的相反方向上的分力增加。显然，第二足端力在打滑方向的相反方向上的分力可以降低至少一条腿在打滑方向上的打滑速度，抑制至少一条腿的打滑趋势，甚至可以使至少一条腿停止打滑。由此，机器人就可以通过补偿接触力实现对第一足端力的调整，并且通过针对性地增加打滑方向反方向的分力，能够实现抑制至少一条腿打滑状态的效果。

可以理解的，在机器人不发生打滑的情况下，至少一条腿通过第一足端力就能够保持机身的稳定，但如果至少一条腿发生了打滑，那么只靠第一足端力就不再能够维持机身的稳定，此时机器人需要对至少一条腿的第一足端力进行补偿，以抑制打滑趋势。因此，机器人可以在至少一条腿处于打滑状态的情况下，确定至少一条腿在当前控制周期对应的用于对第一足端力进行补偿的补偿接触力。

具体来说，机器人可以通过下述公式，实现基于补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到至少一条腿对应的第二足端力：

F_GRF＝F_GRF0+F_comp

其中，F_GRF为至少一条腿对应的第二足端力，F_GRF0为至少一条腿对应的第一足端力，F_comp为机器人计算得到的至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。

本申请实施例提供的足式机器人控制方法，通过若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。通过在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在打滑发生时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

请参阅图4，图4示出了本申请另一个实施例提供的足式机器人控制方法的流程示意图，所述足式机器人包括至少两条腿，下面将针对图4所示流程进行详细阐述，所述足式机器人控制方法具体可以包括以下步骤：

步骤S210：若检测到所述至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则获取所述至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，以及检测到所述至少一条腿处于打滑状态的当前控制周期对应的第一位置向量。

在本申请实施例中，初始位置向量包括初始位置的坐标数据以及初始位置的方向向量，第一位置向量包括第一位置的坐标数据以及第一位置的方向向量。机器人的足端轨迹规划中会规划落足点，机器人一般会在规划的落足点处，将至少一条腿从摆动相切换到支撑相，机器人的至少一条腿在切换到支撑相的时候，存在对应的初始位置向量，至少一条腿在支撑相内，每个控制周期分别有其对应的第一位置向量。可以理解的，若至少一条腿没有处于打滑状态，也就是至少一条腿的足端在处于支撑相的期间没有发生移动，那么初始位置向量与第一位置向量是相同的。但若至少一条腿处于支撑相，且在当前控制周期内处于打滑状态，也就是至少一条腿的足端在当前控制周期发生了位移，那么初始位置向量与第一位置向量就不再相同。此时，为了进一步了解至少一条腿的打滑状态是否严重，机器人可以通过获取至少一条腿对应的初始位置向量以及第一位置向量，以便于判断至少一条腿发生打滑时的滑动速度或者滑动距离。

步骤S220：基于所述初始位置向量以及所述第一位置向量，确定所述至少一条腿对应的滑动距离和滑动方向。

在本申请实施例中，若处于支撑相的至少一条腿在当前控制周期内处于打滑状态，那么机器人可以通过至少一条腿对应的初始位置向量以及第一位置向量，确定至少一条腿对应的滑动距离和滑动方向。需要说明的是，所述滑动距离是指机器人的至少一条腿从进入支撑相的初始位置与在当前控制周期时的当前位置之间的距离，而不是至少一条腿在前一控制周期的位置与在当前控制周期时的位置之间的距离，滑动方向是指从至少一条腿进入支撑相的初始位置指向在当前控制周期的当前位置的方向。在一些实施方式中，机器人可以直接通过第一位置向量与初始位置向量之差的绝对值作为至少一条腿对应的滑动距离。

步骤S230：基于所述滑动距离和滑动方向，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

在本申请实施例中，机器人在得到至少一条腿在打滑状态下的滑动距离后，就可以基于滑动距离计算确定在当前控制周期对于至少一条腿的第一足端力的补偿接触力的大小。可以理解的，若至少一条腿对应的滑动距离越大，表明此时至少一条腿的打滑状态越严重，那么对于至少一条腿的第一足端力进行补偿的补偿接触力也就越大，如此才能够快速地对打滑状态进行抑制。

在一些实施方式中，如图5所示，机器人可以通过下述步骤确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力：

步骤S231：基于第一位置向量，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的滑动速度。

在本申请实施例中，第一位置向量是至少一条腿在当前控制周期时对应的位置向量，将第一位置向量对时间求导，即可得到至少一条腿在第一位置向量处对应的滑动速度。显然，滑动速度也是矢量，机器人可以基于滑动速度确定至少一条腿在打滑状态下的滑动方向。

步骤S232：基于所述滑动距离以及所述滑动速度，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

在本申请实施例中，机器人在基于第一位置向量确定滑动速度后，可以基于滑动速度以及滑动距离，综合确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。显然，补偿接触力与滑动距离呈正相关，即至少一条腿的滑动距离越大，至少一条腿所需要的补偿接触力也就越大，同理，补偿接触力与滑动速度也呈正相关，即至少一条腿的滑动速度越大，那么至少一条腿所需要的补偿接触力也就越大。

具体来说，机器人可以基于所述滑动速度以及阻尼反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的阻尼补偿力，所述阻尼补偿力与所述滑动速度呈正相关；基于所述滑动距离以及位置反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的位置补偿力；基于所述阻尼补偿力以及所述位置补偿力，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

其中，机器人可以通过下述公式，实现基于滑动速度以及阻尼反馈系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的阻尼补偿力F_f：

其中，K_d为阻尼反馈系数，P_c为至少一条腿在当前控制周期对应的第一位置向量，即至少一条腿在当前控制周期对应的滑动速度。机器人通过阻尼反馈系数K_d能够提高接触力补偿的稳定性。

另外，机器人还可以通过下述公式，实现基于滑动距离以及位置反馈系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的位置补偿力F_p：

F_p＝K_p(P_s-P_c)

其中，K_p为位置反馈系数，P_s为至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，P_c为至少一条腿在当前控制周期对应的第一位置向量，(P_s-P_c)即至少一条腿在当前控制周期对应的滑动距离。其中，机器人通过位置反馈系数K_p能够直接影响补偿接触力的响应速度以及机器人腿部的运动刚度。

总的来说，综合前述公式，机器人可以通过下述公式，基于阻尼补偿力以及位置补偿力，确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力：

在一些实施方式中，为了减少补偿接触力对于传感器噪声和误差的敏感度，机器人在通过上述公式基于滑动距离和滑动速度确定补偿接触力后，可以进一步对补偿接触力进行修正，也就是在滑动距离较小的情况下，为了避免滑动距离是由于传感器噪声和误差所产生的，可以通过修正系数对求得的补偿接触力进行修正。

具体来说，在上述确定补偿接触力后，机器人可以进一步判断至少一条腿在当前控制周期对应的滑动距离与预设距离之间的关系。可以理解的，若滑动距离大于或等于预设距离，此时机器人可以确定至少一条腿在当前控制周期发生了滑动，此时机器人可以不对补偿接触力进行修正，也就是将通过上述公式计算得到的补偿接触力作为至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力，即使用完整的补偿接触力对第一足端力进行补偿。

步骤S240：若所述滑动距离小于预设距离，则基于所述滑动距离对所述补偿接触力进行修正，其中，修正后的所述补偿接触力小于修正前的所述补偿接触力。

在本申请实施例中，在上述确定补偿接触力后，若至少一条腿在当前控制周期的滑动距离小于预设距离，那么此时机器人为了减少补偿接触力对噪声和传感器误差的敏感度，可以对补偿接触力进行进一步的修正。具体来说，机器人可以通过滑动距离对补偿接触力进行修正，在滑动距离小于预设距离的情况下，滑动距离越大，对补偿接触力的修正幅度越小。但应当理解的是，只要滑动距离小于预设距离，修正后的补偿接触力都是小于修正前的补偿接触力的。

具体来说，如图6所示，机器人可以通过下述步骤实现对补偿接触力的修正：

步骤S241：若所述滑动距离小于所述预设距离，则确定所述滑动距离与所述预设距离之间的第一比值。

步骤S242：确定所述第一比值与所述补偿接触力的乘积，并将所述乘积作为修正后的所述补偿接触力。

在本申请实施例中，若机器人至少一条腿在当前控制周期对应的滑动距离小于预设距离，那么机器人可以通过滑动距离与预设距离之间的第一比值，对补偿接触力进行修正，即将第一比值与补偿接触力的乘积，作为修正后的补偿接触力。其中，预设距离D_r可以通过下述公式选取参考值：

其中，Mg为机器人重力，n为机器人处于支撑相的至少一条腿的数量(常使用n＝2)，K_p位置反馈系数。

也就是说，机器人在基于滑动距离和滑动速度确定补偿接触力后，可以通过下述公式，完成对补偿接触力的修正：

F_comp＝α_kF_comp

其中，机器人通过预设距离D_r(单位m)实现对补偿接触力的修正，在滑动距离大于或等于预设距离的情况下，完整的补偿接触力被使用，在滑动距离小于预设距离的情况下，将滑动距离与预设距离之间的第一比值作为修正系数，作用到原本的补偿接触力，以减少补偿接触力对噪声和传感器误差的敏感度，使至少一条腿具有更好的抗打滑效果。

可以理解的，修正系数具有一定的物理意义，即为补偿接触力对应的等效摩擦系数，通过下述公式能够更加直观地表达修正系数的物理意义：

步骤S250：基于所述当前控制周期对应的所述当前摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力。

在本申请实施例中，机器人在进入当前控制周期时，就可以基于至少一条腿的足端在当前控制周期对应的当前摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力。显然，若至少一条腿在当前控制周期不处于打滑状态，那么机器人可以通过第一足端力，保持机器人机身的稳定。如果至少一条腿在当前控制周期处于打滑状态，那么机器人可以通过前述步骤计算得到的补偿接触力，对第一足端力进行补偿，以抑制至少一条腿的打滑状态，降低打滑速度或者使其停止打滑。

在一些实施方式中，至少一条腿在当前控制周期是否处于打滑状态，与机器人计算至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力之间，可以不存在关联。也就是说，机器人可以只基于至少一条腿在当前控制周期对应的当前摩擦系数，就确定第一足端力的大小。

在一些实施方式中，机器人还可以基于所述当前控制周期之前的控制周期对应的摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力。

具体来说，机器人可以基于前一控制周期的摩擦系数，或者处于当前控制周期之前的数个控制周期分别对应的摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的摩擦系数，可以取多个摩擦系数的平均值，或者对前一控制周期对应的摩擦系数进行调整，得到当前控制周期对应的当前摩擦系数，进而基于当前摩擦系数确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力。

在另一些实施方式中，机器人还可以基于预设摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力。

具体来说，机器人可以将一个固定的预设摩擦系数，作为当前控制周期对应的当前摩擦系数，进而基于当前摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力。

在一些实施方式中，机器人可以在检测到至少一条腿的足端处于打滑状态的情况下，通过至少一条腿在不同的运动状态，确定当前控制周期对应的不同的当前摩擦系数，使当前摩擦系数能够在至少一条腿发生打滑事件时快速降低，也能够在至少一条腿发生停止打滑事件时缓慢回升，使机器人对至少一条腿的控制更加适应实际环境，使机身的运动更加稳定。

具体来说，机器人可以获取至少一条腿在当前控制周期对应的参考摩擦系数衰减量，以及前一控制周期对应的实际摩擦系数衰减量；若参考摩擦系数衰减量大于实际摩擦系数衰减量，则确定至少一条腿在打滑状态中处于第一状态；若至少一条腿处于第一状态，则确定标准摩擦系数与当前控制周期对应的实际摩擦系数衰减量之间的差值，并将差值作为至少一条腿在当前控制周期对应的当前摩擦系数；若参考摩擦系数衰减量小于或等于实际摩擦系数衰减量，则确定至少一条腿在打滑状态中处于第二状态；若至少一条腿处于第二状态，则基于标准摩擦系数、前一控制周期对应的实际摩擦系数衰减量以及衰减滤波系数，确定至少一条第一腿在当前控制周期对应的当前摩擦系数；基于当前控制周期对应的当前摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足底力，以减少至少一条腿的足底力在打滑方向上的分力，使至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑。

在另一些实施方式中，机器人还可以通过至少一条腿的足端在当前控制周期对应的滑动速度与预设的第一速度阈值之间的关系，确定至少一条腿在当前控制周期所处的不同的运动状态，进而基于不同的运动状态，使至少一条腿对应的当前摩擦系数能够在发生打滑事件时快速降低，也能够在发生停止打滑事件时缓慢回升，进而使机身的运动更加稳定。

具体来说，机器人可以在检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态的情况下，获取至少一条腿在当前控制周期对应的滑动速度；若滑动速度大于第一速度阈值，则确定至少一条腿在打滑状态中处于第一状态；若至少一条腿处于第一状态，则基于下限摩擦系数、下限摩擦系数对应的第一权重值、参考摩擦系数以及参考摩擦系数对应的第二权重值，确定至少一条腿在当前控制周期对应的当前摩擦系数，其中，第一权重值与第二权重值之和为1；若滑动速度小于或等于第一速度阈值，则确定至少一条腿在打滑状态中处于第二状态；若至少一条腿处于第二状态，则基于标准摩擦系数、标准摩擦系数对应的第三权重值、参考摩擦系数以及参考摩擦系数对应的第四权重值，确定至少一条腿在当前控制周期对应的当前摩擦系数，第三权重值与第四权重值之和为1，第一权重值大于第三权重值，第二权重值小于第四权重值；基于当前控制周期对应的当前摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足底力，以减少至少一条腿的足底力在打滑方向上的分力，使至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑。

步骤S260：基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

在本申请实施例中，步骤S260可以参阅其他实施例，在此不做具体阐述。

本申请实施例提供的足式机器人控制方法，通过若检测到所述至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则获取所述至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，以及检测到所述至少一条腿处于打滑状态的当前控制周期对应的第一位置向量，基于所述初始位置向量以及所述第一位置向量，确定所述至少一条腿对应的滑动距离，基于所述滑动距离，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力，若所述滑动距离小于预设距离，则基于所述滑动距离对所述补偿接触力进行修正；基于所述当前控制周期对应的所述当前摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力，基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑。在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在打滑发生时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，模块相互之间的耦合可以是电性，机械或其它形式的耦合。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

本申请实施例提供一种机器人，包括机身和至少两条腿，至少两条腿和机身相连接；与机身通信的控制系统，控制系统包括处理器和与处理器通信的存储单元，存储单元存储指令，指令在处理器上被运行时使处理器执行操作，操作包括：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力；基于补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到至少一条腿对应的第二足端力，以增加至少一条腿在目标方向上的分力，使至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，至少一条腿在同一个控制周期内的目标方向与打滑方向相反。

机器人所执行的操作还包括：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则获取至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，以及检测到至少一条腿处于打滑状态的当前控制周期对应的第一位置向量；基于初始位置向量以及第一位置向量，确定至少一条腿对应的滑动距离；基于滑动距离，确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。

机器人所执行的操作还包括：基于第一位置向量，确定至少一条腿在当前控制周期对应的滑动速度；基于滑动距离以及滑动速度，确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。

机器人所执行的操作还包括：基于滑动速度以及阻尼反馈系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的阻尼补偿力，阻尼补偿力与滑动速度呈正相关；基于滑动距离以及位置反馈系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的位置补偿力；基于阻尼补偿力以及位置补偿力，确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力。

机器人所执行的操作还包括：若滑动距离小于预设距离，则基于滑动距离对补偿接触力进行修正，其中，修正后的补偿接触力小于修正前的补偿接触力。

机器人所执行的操作还包括：若滑动距离小于预设距离，则确定滑动距离与预设距离之间的第一比值；确定第一比值与补偿接触力的乘积，并将乘积作为修正后的补偿接触力。

机器人所执行的操作还包括：基于当前控制周期对应的当前摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的所述第一足端力；或者基于当前控制周期之前的控制周期对应的摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的所述第一足端力；或者基于预设摩擦系数，确定至少一条腿在当前控制周期对应的第一足端力。

综上所述，本申请提供的方案，通过若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定至少一条腿在当前控制周期对应的补偿接触力；基于补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到至少一条腿对应的第二足端力，以增加至少一条腿在目标方向上的分力，使至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，至少一条腿在同一个控制周期内的目标方向与打滑方向相反。通过在检测到足式机器人的至少一条腿处于打滑状态时，通过补偿接触力对至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，以使至少一条腿的打滑速度降低，或者停止打滑，能够使机器人在打滑发生时迅速抑制滑动状态，进而有效减少机器人的打滑次数。

本申请中的机器人100可以包括一个或多个如下部件：处理器110、存储单元105、以及一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序可以被存储在存储单元105中并被配置为由一个或多个处理器110执行，一个或多个程序配置用于执行如前述方法实施例所描述的方法。

处理器110可以包括一个或者多个处理核。处理器110利用各种接口和线路连接整个机器人内的各个部分，通过运行或执行存储在存储单元105内的指令、程序、代码集或指令集，以及调用存储在存储单元105内的数据，执行机器人的各种功能和处理数据。可选地，处理器110可以采用数字信号处理(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、可编程逻辑阵列(Programmable LogicArray，PLA)中的至少一种硬件形式来实现。处理器110可集成中央处理器(CentralProcessing Unit，CPU)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)和调制解调器等中的一种或几种的组合。其中，CPU主要处理操作系统、用户界面和应用程序等；GPU用于负责显示内容的渲染和绘制；调制解调器用于处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调器也可以不集成到处理器110中，单独通过一块通信芯片进行实现。

存储单元105可以包括随机存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括只读存储器(Read-Only Memory)。存储单元105可用于存储指令、程序、代码、代码集或指令集。存储单元105可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储用于实现操作系统的指令、用于实现至少一个功能的指令(比如触控功能、声音播放功能、图像播放功能等)、用于实现下述各个方法实施例的指令等。存储数据区还可以存储机器人在使用中所创建的数据(比如电话本、音视频数据、聊天记录数据)等。

本申请实施例提供一种计算机可读取存储介质，该计算机可读取存储介质中存储有程序代码，所述程序代码可被处理器调用执行上述方法实施例中所描述的方法。

计算机可读取存储介质可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。可选地，计算机可读存储介质包括非易失性计算机可读介质(non-transitory computer-readable storage medium)。计算机可读取存储介质具有执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种足式机器人控制方法，其特征在于，所述足式机器人包括至少两条腿，所述方法包括：

若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；

基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力，包括：

若检测到所述至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则获取所述至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，以及检测到所述至少一条腿处于打滑状态的当前控制周期对应的第一位置向量；

基于所述初始位置向量以及所述第一位置向量，确定所述至少一条腿对应的滑动距离和滑动方向；

基于所述滑动距离和滑动方向，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述滑动距离和滑动方向，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力，包括：

基于第一位置向量，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的滑动速度；

基于所述滑动距离以及所述滑动速度，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述滑动距离以及所述滑动速度，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力，包括：

基于所述滑动速度以及阻尼反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的阻尼补偿力，所述阻尼补偿力与所述滑动速度呈正相关；

基于所述滑动距离以及位置反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的位置补偿力；

基于所述阻尼补偿力以及所述位置补偿力，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述基于所述滑动距离，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力之后，所述方法还包括：

若所述滑动距离小于预设距离，则基于所述滑动距离对所述补偿接触力进行修正，其中，修正后的所述补偿接触力小于修正前的所述补偿接触力。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在所述基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力之前，所述方法还包括：

基于所述当前控制周期对应的所述当前摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力；或者

基于所述当前控制周期之前的控制周期对应的摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力；或者

基于预设摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力。

7.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括：

机身和至少两条腿，所述至少两条腿和所述机身相连接；

与所述机身通信的控制系统，所述控制系统包括处理器和与所述处理器通信的存储单元，所述存储单元存储指令，所述指令在所述处理器上被运行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：若检测到至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力；基于所述补偿接触力对所述至少一条腿对应的第一足端力进行补偿，得到所述至少一条腿对应的第二足端力，以增加所述至少一条腿在目标方向上的分力，使所述至少一条腿的足端打滑速度降低，或者停止打滑，所述至少一条腿在同一个控制周期内的所述目标方向与所述打滑方向相反。

8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于，所述操作还包括：

若检测到所述至少一条腿的足端在当前控制周期处于打滑状态，则获取所述至少一条腿从摆动相切换到支撑相时的初始位置向量，以及检测到所述至少一条腿处于打滑状态的当前控制周期对应的第一位置向量；

基于所述初始位置向量以及所述第一位置向量，确定所述至少一条腿对应的滑动距离和滑动方向；

基于所述滑动距离和滑动方向，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

9.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述操作还包括：

基于第一位置向量，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的滑动速度；

基于所述滑动距离以及所述滑动速度，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

10.根据权利要求9所述的机器人，其特征在于，所述操作还包括：

基于所述滑动速度以及阻尼反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的阻尼补偿力，所述阻尼补偿力与所述滑动速度呈正相关；

基于所述滑动距离以及位置反馈系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的位置补偿力；

基于所述阻尼补偿力以及所述位置补偿力，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的补偿接触力。

11.根据权利要求8所述的机器人，其特征在于，所述操作还包括：

若所述滑动距离小于预设距离，则基于所述滑动距离对所述补偿接触力进行修正，其中，修正后的所述补偿接触力小于修正前的所述补偿接触力。

12.根据权利要求7-11任一项所述的机器人，其特征在于，所述操作还包括：

基于所述当前控制周期对应的所述当前摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力；或者

基于所述当前控制周期之前的控制周期对应的摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力；或者

基于预设摩擦系数，确定所述至少一条腿在所述当前控制周期对应的所述第一足端力。