CN111015653B - 机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人 - Google Patents

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Abstract

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。所述方法获取机器人的足端受力信息；根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；获取所述机器人的姿态信息；根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动，极大提高了机器人在行走过程中的稳定性。

Description

机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人
技术领域
本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人。
背景技术
在现有技术中，机器人往往采用纯位置规划的步态行走方法，在遇到各种外界环境力的干扰或者地面不平整的情况下，***稳定性较差，难以稳定行走，甚至可能出现倾倒。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种机器人控制方法、装置、计算机可读存储介质及机器人，以解决现有的机器人在遇到各种外界环境力的干扰或者地面不平整的情况下，***稳定性较差的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种机器人控制方法，可以包括：
获取机器人的足端受力信息；
根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；
根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；
获取所述机器人的姿态信息；
根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；
对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；
按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
进一步地，所述根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度包括：
根据所述机器人的姿态轨迹确定所述机器人的期望角度和期望角速度；
获取所述机器人的实际角速度，并根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度；
根据所述机器人的角加速度和所述机器人在前一时刻的角速度计算所述机器人的角变化量；
根据所述姿态信息和所述角变化量计算所述更新后的姿态角度。
进一步地，所述根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度包括：
根据下式计算所述机器人的滚动角加速度：
racc＝Kpr(rdr-rr)+Kdr(wDR-wR)
其中，rR为所述姿态信息中的滚动角的角度，rDr为期望的滚动角的角度，wr为实际的滚动角的角速度，wdr为期望的滚动角的角速度，Kpr为预设的第一系数，Kdr为预设的第二系数，racc为所述滚动角加速度；
根据下式计算所述机器人的俯仰角加速度：
pacc＝Kpr(rdp-rp)+Kdr(wdp-wp)
其中，rp为所述姿态信息中的俯仰角的角度，rdp为期望的俯仰角的角度，wp为实际的俯仰角的角速度，wdp为期望的俯仰角的角速度，pacc为所述俯仰角加速度。
进一步地，所述根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置包括：
根据所述机器人的位置轨迹确定所述本体质心的期望零力矩点和期望位置；
获取所述本体质心的实际位置，并根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度；
根据所述本体质心的加速度和所述本体质心在前一时刻的速度计算所述本体质心的位置变化量；
根据所述本体质心的期望位置和所述本体质心的位置变化量计算所述更新后的本体质心位置。
进一步地，所述根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度包括：
根据下式计算为所述本体质心在x轴上的加速度：
ax＝Kzmp(pdx-pbx)+Kp(xdx-xrx)
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pdx为所述本体质心的期望零力矩点在x轴上的坐标，xrx为所述本体质心的实际位置在x轴上的坐标，xdx为所述本体质心的期望位置在x轴上的坐标，Kzmp为预设的第三系数，Kp为预设的第四系数，ax为所述本体质心在x轴上的加速度；
根据下式计算为所述本体质心在y轴上的加速度：
ay＝Kzmp(pdy-pby)+Kp(xdy-xry)
其中，pby为所述本体质心的零力矩点在y轴上的坐标，pdy为所述本体质心的期望零力矩点在y轴上的坐标，xry为所述本体质心的实际位置在y轴上的坐标，xdy为所述本体质心的期望位置在y轴上的坐标，ay为所述本体质心在y轴上的加速度。
进一步地，以双足机器人为例，所述足端受力信息包括左脚受力信息和右脚受力信息，所述根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点包括：
根据所述左脚受力信息计算所述机器人的左脚零力矩点；
根据所述右脚受力信息计算所述机器人的右脚零力矩点；
根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点。
进一步地，所述根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点包括：
根据下式计算所述本体质心的零力矩点：
Figure BDA0002316321590000041
Figure BDA0002316321590000042
Pb＝[pbx pby 0]T
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pby为在所述本体质心的零力矩点y轴上的坐标，flz为所述左脚受力信息在z轴上的力的分量，frz为所述右脚受力信息在z轴上的力的分量，plx为所述左脚零力矩点在x轴上的坐标，ply为所述左脚零力矩点在y轴上的坐标，PRX为所述右脚零力矩点在x轴上的坐标，PRy为所述右脚零力矩点在y轴上的坐标，pb为所述本体质心的零力矩点。
本申请实施例的第二方面提供了一种机器人控制装置，可以包括：
受力信息获取模块，用于获取机器人的足端受力信息；
零力矩点计算模块，用于根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；
位置轨迹更新模块，用于根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；
姿态信息获取模块，用于获取所述机器人的姿态信息；
姿态轨迹更新模块，用于根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；
逆运动学分析模块，用于对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；
运动控制模块，用于按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
进一步地，所述姿态轨迹更新模块可以包括：
期望角度确定单元，用于根据所述机器人的姿态轨迹确定所述机器人的期望角度和期望角速度；
角加速度计算单元，用于获取所述机器人的实际角速度，并根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度；
角变化量计算单元，用于根据所述机器人的角加速度和所述机器人在前一时刻的角速度计算所述机器人的角变化量；
姿态角度计算单元，用于根据所述姿态信息和所述角变化量计算所述更新后的姿态角度。
进一步地，所述角加速度计算单元可以包括：
滚动角加速度计算子单元，用于根据下式计算所述机器人的滚动角加速度：
racc＝Kpr(rdr-rr)+Kdr(wdr-wr)
其中，rr为所述姿态信息中的滚动角的角度，rdr为期望的滚动角的角度，wr为实际的滚动角的角速度，wdr为期望的滚动角的角速度，Kpr为预设的第一系数，Kdr为预设的第二系数，racc为所述滚动角加速度；
俯仰角加速度计算子单元，用于根据下式计算所述机器人的俯仰角加速度：
pacc＝Kpr(rdp-rp)+Kdr(wdp-wp)
其中，rp为所述姿态信息中的俯仰角的角度，rdp为期望的俯仰角的角度，wp为实际的俯仰角的角速度，wdp为期望的俯仰角的角速度，pacc为所述俯仰角加速度。
进一步地，所述位置轨迹更新模块可以包括：
期望参数确定单元，用于根据所述机器人的位置轨迹确定所述本体质心的期望零力矩点和期望位置；
加速度计算单元，用于获取所述本体质心的实际位置，并根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度；
位置变化量计算单元，用于根据所述本体质心的加速度和所述本体质心在前一时刻的速度计算所述本体质心的位置变化量；
质心位置计算单元，用于根据所述本体质心的期望位置和所述本体质心的位置变化量计算所述更新后的本体质心位置。
进一步地，所述加速度计算单元包括：
第一加速度计算子单元，用于根据下式计算为所述本体质心在x轴上的加速度：
ax＝Kzmp(pdx-pbx)+Kp(xdx-xrx)
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pdx为所述本体质心的期望零力矩点在x轴上的坐标，xrx为所述本体质心的实际位置在x轴上的坐标，xdx为所述本体质心的期望位置在x轴上的坐标，Kzmp为预设的第三系数，Kp为预设的第四系数，ax为所述本体质心在x轴上的加速度；
第二加速度计算子单元，用于根据下式计算为所述本体质心在y轴上的加速度：
ay＝Kzmp(pdy-pby)+Kp(xdy-xry)
其中，pby为所述本体质心的零力矩点在y轴上的坐标，pdy为所述本体质心的期望零力矩点在y轴上的坐标，xry为所述本体质心的实际位置在y轴上的坐标，xdy为所述本体质心的期望位置在y轴上的坐标，ay为所述本体质心在y轴上的加速度。
进一步地，以双足机器人为例，所述足端受力信息包括左脚受力信息和右脚受力信息，所述零力矩点计算模块可以包括：
左脚零力矩点计算单元，用于根据所述左脚受力信息计算所述机器人的左脚零力矩点；
右脚零力矩点计算单元，用于根据所述右脚受力信息计算所述机器人的右脚零力矩点；
质心零力矩点计算单元，用于根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点。
进一步地，所述质心零力矩点计算单元具体用于根据下式计算所述本体质心的零力矩点：
Figure BDA0002316321590000071
Figure BDA0002316321590000072
Figure BDA0002316321590000073
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pby为在所述本体质心的零力矩点y轴上的坐标，flz为所述左脚受力信息在z轴上的力的分量，frz为所述右脚受力信息在z轴上的力的分量，plx为所述左脚零力矩点在x轴上的坐标，ply为所述左脚零力矩点在y轴上的坐标，prx为所述右脚零力矩点在x轴上的坐标，pry为所述右脚零力矩点在y轴上的坐标，pb为所述本体质心的零力矩点。
本申请实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读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任一种机器人控制方法的步骤。
本申请实施例的第四方面提供了一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一种机器人控制方法的步骤。
本申请实施例的第五方面提供了一种计算机程序产品，当计算机程序产品在机器人上运行时，使得机器人执行上述任一种机器人控制方法的步骤。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本申请实施例获取机器人的足端受力信息；根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；获取所述机器人的姿态信息；根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。通过本申请实施例，可以根据机器人的受力信息和姿态信息实时调节运动的关节角，有利于提高机器人在行走过程中的稳定性，即使在遇到各种外界环境力的干扰或者地面不平整的情况下，仍可稳定行走，极大提升了机器人的表现能力。
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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例中一种机器人控制方法的一个实施例流程图；
图2为传感器的设置示意图；
图3为左脚受力信息和右脚受力信息的示意图；
图4为根据左脚受力信息和右脚受力信息计算机器人的本体质心的零力矩点的示意流程图；
图5为根据本体质心的零力矩点对机器人的位置轨迹进行更新的示意流程图；
图6为根据姿态信息对机器人的姿态轨迹进行更新的示意流程图；
图7为本申请实施例中一种机器人控制装置的一个实施例结构图；
图8为姿态轨迹更新模块的结构示意图；
图9为位置轨迹更新模块的结构示意图；
图10为零力矩点计算模块的结构示意图；
图11为本申请实施例中一种机器人的示意框图。
具体实施方式
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本申请保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1，本申请实施例中一种机器人控制方法的一个实施例可以包括：
步骤S101、获取机器人的足端受力信息。
在本申请实施例中，以双足机器人为例，所述足端受力信息包括左脚受力信息和右脚受力信息，如图2所示，可以在所述机器人的双足和腿部连接的部位分别设置传感器，从而获取所述机器人的左脚受力信息和右脚受力信息。
优选地，所述传感器可以为六维力传感器，能够同时检测图3所示的足底坐标系中三维空间的左脚受力信息和右脚受力信息，左脚受力信息包括在三个坐标轴(即图3中所示的x轴、y轴和z轴)方向上的力分量以及力矩分量，右脚受力信息也包括在三个坐标轴方向上的力分量以及力矩分量。
此处将所述左脚受力信息记为：
Fl＝[flx fly flz τlxτlyτlz]T
其中，flx为所述左脚受力信息在x轴上的力的分量，fly为所述左脚受力信息在y轴上的力的分量，flz为所述左脚受力信息在z轴上的力的分量,τlx为所述左脚受力信息在x轴上的力矩分量，τly为所述左脚受力信息在y轴上的力矩分量，τlz为所述左脚受力信息在z轴上的力矩分量。
将所述左脚受力信息记为：
Fr＝[frx fry frz τrx τry τrz]T
其中，frx为所述右脚受力信息在x轴上的力的分量，fry为所述右脚受力信息在y轴上的力的分量，frz为所述右脚受力信息在z轴上的力的分量,τrx为所述右脚受力信息在x轴上的力矩分量，τry为所述右脚受力信息在y轴上的力矩分量，τrz为所述右脚受力信息在z轴上的力矩分量。
步骤S102、根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点。
如图4所示，步骤S102具体可以包括如下步骤：
步骤S1021、根据所述左脚受力信息计算所述机器人的左脚零力矩点。
具体地，可以根据下式计算所述左脚零力矩点：
plx＝(-τly-flxd)/flz
ply＝(-τlx-flyd)/flz
pl＝[plx ply 0]T
其中，d为左脚六维力传感器到左脚脚底的距离，plx为所述左脚零力矩点在x轴上的坐标，ply为所述左脚零力矩点在y轴上的坐标，pl为所述左脚零力矩点。
步骤S1022、根据所述右脚受力信息计算所述机器人的右脚零力矩点。
具体地，可以根据下式计算所述右脚零力矩点：
prx＝(-τry-frxd)/frz
pry＝(-τrx-fryd)/frz
pr＝[prx pry 0]T
其中，d为右脚六维力传感器到右脚脚底的距离，prx为所述右脚零力矩点在x轴上的坐标，pry为所述右脚零力矩点在y轴上的坐标，pr为所述右脚零力矩点。
步骤S1023、根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点。
具体地，可以根据下式计算所述本体质心的零力矩点：
Figure BDA0002316321590000111
Figure BDA0002316321590000112
pb＝[pbx pby 0]T
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pby为在所述本体质心的零力矩点y轴上的坐标，pb为所述本体质心的零力矩点。
步骤S103、根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置。
如图5所示，步骤S103具体可以包括如下步骤：
步骤S1031、根据所述机器人的位置轨迹确定所述本体质心的期望零力矩点和期望位置。
步骤S1032、获取所述本体质心的实际位置，并根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度。
具体地，可以根据下式计算为所述本体质心在x轴上的加速度：
ax＝Kzmp(pdx-pbx)+Kp(xdx-xrx)
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pdx为所述本体质心的期望零力矩点在x轴上的坐标，xrx为所述本体质心的实际位置在x轴上的坐标，xdx为所述本体质心的期望位置在x轴上的坐标，Kzmp为预设的第三系数，Kp为预设的第四系数，ax为所述本体质心在x轴上的加速度。
可以根据下式计算为所述本体质心在y轴上的加速度：
ay＝Kzmp(pdy-pby)+Kp(xdy-xry)
其中，pby为所述本体质心的零力矩点在y轴上的坐标，pdy为所述本体质心的期望零力矩点在y轴上的坐标，xry为所述本体质心的实际位置在y轴上的坐标，xdy为所述本体质心的期望位置在y轴上的坐标，ay为所述本体质心在y轴上的加速度。
步骤S1033、根据所述本体质心的加速度和所述本体质心在前一时刻的速度计算所述本体质心的位置变化量。
具体地，可以根据下式计算所述本体质心在x轴上的位置变化量：
Figure BDA0002316321590000121
其中，vx为在前一时刻所述本体质心在x轴上的速度，t为预设的程序运行时间，Δx为所述本体质心在x轴上的位置变化量。
可以根据下式计算所述本体质心在y轴上的位置变化量：
Figure BDA0002316321590000122
其中，vy为在前一时刻所述本体质心在y轴上的速度，t为预设的程序运行时间，Δy为所述本体质心在y轴上的位置变化量。
步骤S1034、根据所述本体质心的期望位置和所述本体质心的位置变化量计算所述更新后的本体质心位置。
具体地，可以根据下式计算所述更新后的本体质心位置在x轴上的坐标：
xnew＝xdx+Δx
其中，xnew为所述更新后的本体质心位置在x轴上的坐标。
可以根据下式计算所述更新后的本体质心位置在y轴上的坐标：
ynew＝xdy+Δy
其中，ynew为所述更新后的本体质心位置在y轴上的坐标。
步骤S104、获取所述机器人的姿态信息。
在本申请实施例中，可以预先在所述机器人中设置惯性测量单元(InertialMeasurement Unit，IMU)，在所述机器人的运动过程中，可以通过IMU来获取所述机器人的姿态信息，所述姿态信息包括但不限于滚动角和俯仰角。
步骤S105、根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度。
如图6所示，步骤S105具体可以包括如下步骤：
步骤S1051、根据所述机器人的姿态轨迹确定所述机器人的期望角度和期望角速度。
步骤S1052、获取所述机器人的实际角速度，并根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度。
具体地，可以根据下式计算所述机器人的滚动角加速度：
racc＝Kpr(rdr-rr)+Kdr(wdr-wr)
其中，rr为所述姿态信息中的滚动角的角度，rdr为期望的滚动角的角度，wr为实际的滚动角的角速度，wdr为期望的滚动角的角速度，Kpr为预设的第一系数，Kdr为预设的第二系数，racc为所述滚动角加速度；
根据下式计算所述机器人的俯仰角加速度：
pacc＝Kpr(rdp-rp)+Kdr(wdp-wp)
其中，rp为所述姿态信息中的俯仰角的角度，rdp为期望的俯仰角的角度，wp为实际的俯仰角的角速度，wdp为期望的俯仰角的角速度，pacc为所述俯仰角加速度。
步骤S1053、根据所述机器人的角加速度和所述机器人在前一时刻的角速度计算所述机器人的角变化量。
具体地，可以根据下式计算所述机器人的滚动角变化量：
Figure BDA0002316321590000141
其中，wr为在所述机器人在前一时刻的滚动角速度，t为预设的程序运行时间，Δr为所述机器人的滚动角变化量。
可以根据下式计算所述机器人的俯仰角变化量：
Figure BDA0002316321590000142
其中，wp为在所述机器人在前一时刻的俯仰角速度，Δp为所述机器人的俯仰角变化量。
步骤S1054、根据所述姿态信息和所述角变化量计算所述更新后的姿态角度。
具体地，可以根据下式计算所述更新后的滚动角：
rdr_new＝rdr+Δr
其中，rdr_new为所述更新后的滚动角。
可以根据下式计算所述更新后的俯仰角：
rdp_new＝rdp+Δp
其中，rdp_new为所述更新后的俯仰角。
步骤S106、对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角。
逆运动学分析为现有的机器人技术领域中普遍使用的分析方法，具体可以参见现有技术中的任意一种逆运动学分析过程，本申请实施例对此不再赘述。
所述左腿的各个关节角包括左腿髋关节俯仰角、左腿髋关节偏航角、左腿髋关节翻滚角、左腿膝关节俯仰角、左腿踝关节俯仰角和左腿踝关节翻滚角这六个关节角，将其记为：θl＝[θl1 θl2 θl3 θl4 θl5 θl6]T。
所述右腿的各个关节角包括右腿髋关节俯仰角、右腿髋关节偏航角、右腿髋关节翻滚角、右腿膝关节俯仰角、右腿踝关节俯仰角和右腿踝关节翻滚角这六个关节角，将其记为：θr＝[θr1 θr2 θr3 θr4 θr5 θr6]T。
步骤S107、按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
在计算得到所述机器人的腿部的各个关节角之后，即可按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动，从而实现机器人本体的柔顺控制。
综上所述，本申请实施例获取机器人的足端受力信息；根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；获取所述机器人的姿态信息；根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。通过本申请实施例，可以根据机器人的受力信息和姿态信息实时调节运动的关节角，有利于提高机器人在行走过程中的稳定性，即使在遇到各种外界环境力的干扰或者地面不平整的情况下，仍可稳定行走，极大提升了机器人的表现能力。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
对应于上文实施例所述的一种机器人控制方法，图7示出了本申请实施例提供的一种机器人控制装置的一个实施例结构图。
本实施例中，一种机器人控制装置可以包括：
受力信息获取模块701，用于获取机器人的足端受力信息；
零力矩点计算模块702，用于根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；
位置轨迹更新模块703，用于根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；
姿态信息获取模块704，用于获取所述机器人的姿态信息；
姿态轨迹更新模块705，用于根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；
逆运动学分析模块706，用于对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；
运动控制模块707，用于按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
进一步地，如图8所示，所述姿态轨迹更新模块705可以包括：
期望角度确定单元7051，用于根据所述机器人的姿态轨迹确定所述机器人的期望角度和期望角速度；
角加速度计算单元7052，用于获取所述机器人的实际角速度，并根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度；
角变化量计算单元7053，用于根据所述机器人的角加速度和所述机器人在前一时刻的角速度计算所述机器人的角变化量；
姿态角度计算单元7054，用于根据所述姿态信息和所述角变化量计算所述更新后的姿态角度。
进一步地，所述角加速度计算单元7052可以包括：
滚动角加速度计算子单元，用于根据下式计算所述机器人的滚动角加速度：
racc＝Kpr(rdr-rr)+Kdr(wdr-wr)
其中，rr为所述姿态信息中的滚动角的角度，rdr为期望的滚动角的角度，wr为实际的滚动角的角速度，wdr为期望的滚动角的角速度，Kpr为预设的第一系数，Kdr为预设的第二系数，racc为所述滚动角加速度；
俯仰角加速度计算子单元，用于根据下式计算所述机器人的俯仰角加速度：
pacc＝Kpr(rdp-rp)+Kdr(wdp-wp)
其中，rp为所述姿态信息中的俯仰角的角度，rdp为期望的俯仰角的角度，wp为实际的俯仰角的角速度，wdp为期望的俯仰角的角速度，pacc为所述俯仰角加速度。
进一步地，如图9所示，所述位置轨迹更新模块703可以包括：
期望参数确定单元7031，用于根据所述机器人的位置轨迹确定所述本体质心的期望零力矩点和期望位置；
加速度计算单元7032，用于获取所述本体质心的实际位置，并根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度；
位置变化量计算单元7033，用于根据所述本体质心的加速度和所述本体质心在前一时刻的速度计算所述本体质心的位置变化量；
质心位置计算单元7034，用于根据所述本体质心的期望位置和所述本体质心的位置变化量计算所述更新后的本体质心位置。
进一步地，所述加速度计算单元7032包括：
第一加速度计算子单元，用于根据下式计算为所述本体质心在x轴上的加速度：
ax＝Kzmp(pdx-pbx)+Kp(xdx-xrx)
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pdx为所述本体质心的期望零力矩点在x轴上的坐标，xrx为所述本体质心的实际位置在x轴上的坐标，xdx为所述本体质心的期望位置在x轴上的坐标，Kzmp为预设的第三系数，Kp为预设的第四系数，ax为所述本体质心在x轴上的加速度；
第二加速度计算子单元，用于根据下式计算为所述本体质心在y轴上的加速度：
ay＝Kzmp(pdy-pby)+Kp(xdy-xry)
其中，pby为所述本体质心的零力矩点在y轴上的坐标，pdy为所述本体质心的期望零力矩点在y轴上的坐标，xry为所述本体质心的实际位置在y轴上的坐标，xdy为所述本体质心的期望位置在y轴上的坐标，ay为所述本体质心在y轴上的加速度。
进一步地，以双足机器人为例，所述足端受力信息包括左脚受力信息和右脚受力信息，如图10所示，所述零力矩点计算模块702可以包括：
左脚零力矩点计算单元7021，用于根据所述左脚受力信息计算所述机器人的左脚零力矩点；
右脚零力矩点计算单元7022，用于根据所述右脚受力信息计算所述机器人的右脚零力矩点；
质心零力矩点计算单元7023，用于根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点。
进一步地，所述质心零力矩点计算单元具体用于根据下式计算所述本体质心的零力矩点：
Figure BDA0002316321590000181
Figure BDA0002316321590000182
pb＝[pbx pby 0]T
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pby为在所述本体质心的零力矩点y轴上的坐标，flz为所述左脚受力信息在z轴上的力的分量，frz为所述右脚受力信息在z轴上的力的分量，plx为所述左脚零力矩点在x轴上的坐标，ply为所述左脚零力矩点在y轴上的坐标，prx为所述右脚零力矩点在x轴上的坐标，pry为所述右脚零力矩点在y轴上的坐标，pb为所述本体质心的零力矩点。
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，上述描述的装置，模块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。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
图11示出了本申请实施例提供的一种机器人的示意框图，为了便于说明，仅示出了与本申请实施例相关的部分。
如图11所示，该实施例的机器人11包括：处理器110、存储器111以及存储在所述存储器111中并可在所述处理器110上运行的计算机程序112。所述处理器110执行所述计算机程序112时实现上述各个机器人控制方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤S101至步骤S107。或者，所述处理器110执行所述计算机程序112时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图7所示模块701至模块707的功能。
示例性的，所述计算机程序112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111中，并由所述处理器110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，该指令段用于描述所述计算机程序112在所述机器人11中的执行过程。
本领域技术人员可以理解，图11仅仅是机器人11的示例，并不构成对机器人11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，例如所述机器人11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110可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、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该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器111可以是所述机器人11的内部存储单元，例如机器人11的硬盘或内存。所述存储器111也可以是所述机器人11的外部存储设备，例如所述机器人11上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器111还可以既包括所述机器人11的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器111用于存储所述计算机程序以及所述机器人11所需的其它程序和数据。所述存储器111还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块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，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述***中单元、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。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通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，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/机器人和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/机器人实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述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方案的目的。
另外，在本申请各个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。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/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，该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，RandomAccess Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述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应当理解：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，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人控制方法，其特征在于，包括：
获取机器人的足端受力信息；
根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；
根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；
获取所述机器人的姿态信息；
根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；
对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；
按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
2.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度包括：
根据所述机器人的姿态轨迹确定所述机器人的期望角度和期望角速度；
获取所述机器人的实际角速度，并根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度；
根据所述机器人的角加速度和所述机器人在前一时刻的角速度计算所述机器人的角变化量；
根据所述姿态信息和所述角变化量计算所述更新后的姿态角度。
3.根据权利要求2所述的机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述机器人的姿态信息、实际角速度、期望角度和期望角速度计算所述机器人的角加速度包括：
根据下式计算所述机器人的滚动角加速度：
racc＝Kpr(rdr-rr)+Kdr(wdr-wr)
其中，rr为所述姿态信息中的滚动角的角度，rdr为期望的滚动角的角度，wr为实际的滚动角的角速度，wdr为期望的滚动角的角速度，Kpr为预设的第一系数，Kdr为预设的第二系数，racc为所述滚动角加速度；
根据下式计算所述机器人的俯仰角加速度：
pacc＝Kpr(rdp-rp)+Kdr(wdp-wp)
其中，rp为所述姿态信息中的俯仰角的角度，rdp为期望的俯仰角的角度，wp为实际的俯仰角的角速度，wdp为期望的俯仰角的角速度，pacc为所述俯仰角加速度。
4.根据权利要求1所述的机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置包括：
根据所述机器人的位置轨迹确定所述本体质心的期望零力矩点和期望位置；
获取所述本体质心的实际位置，并根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度；
根据所述本体质心的加速度和所述本体质心在前一时刻的速度计算所述本体质心的位置变化量；
根据所述本体质心的期望位置和所述本体质心的位置变化量计算所述更新后的本体质心位置。
5.根据权利要求4所述的机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述本体质心的零力矩点、实际位置、期望零力矩点和期望位置计算所述本体质心的加速度包括：
根据下式计算为所述本体质心在x轴上的加速度：
ax＝Kzmp(pdx-pbx)+Kp(xdx-xrx)
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pdx为所述本体质心的期望零力矩点在x轴上的坐标，xrx为所述本体质心的实际位置在x轴上的坐标，xdx为所述本体质心的期望位置在x轴上的坐标，Kzmp为预设的第三系数，Kp为预设的第四系数，ax为所述本体质心在x轴上的加速度；
根据下式计算为所述本体质心在y轴上的加速度：
ay＝Kzmp(pdy-pby)+Kp(xdy-xry)
其中，pby为所述本体质心的零力矩点在y轴上的坐标，pdy为所述本体质心的期望零力矩点在y轴上的坐标，xry为所述本体质心的实际位置在y轴上的坐标，xdy为所述本体质心的期望位置在y轴上的坐标，ay为所述本体质心在y轴上的加速度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的机器人控制方法，其特征在于，所述足端受力信息包括左脚受力信息和右脚受力信息，所述根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点包括：
根据所述左脚受力信息计算所述机器人的左脚零力矩点；
根据所述右脚受力信息计算所述机器人的右脚零力矩点；
根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点。
7.根据权利要求6所述的机器人控制方法，其特征在于，所述根据所述左脚零力矩点和所述右脚零力矩点计算所述本体质心的零力矩点包括：
根据下式计算所述本体质心的零力矩点：
Figure FDA0002316321580000031
Figure FDA0002316321580000032
pb＝[pbx pby 0]T
其中，pbx为所述本体质心的零力矩点在x轴上的坐标，pby为在所述本体质心的零力矩点y轴上的坐标，flz为所述左脚受力信息在z轴上的力的分量，frz为所述右脚受力信息在z轴上的力的分量，plx为所述左脚零力矩点在x轴上的坐标，ply为所述左脚零力矩点在y轴上的坐标，prx为所述右脚零力矩点在x 轴上的坐标，Pry为所述右脚零力矩点在y轴上的坐标，pb为所述本体质心的零力矩点。
8.一种机器人控制装置，其特征在于，包括：
受力信息获取模块，用于获取机器人的足端受力信息；
零力矩点计算模块，用于根据所述足端受力信息计算所述机器人的本体质心的零力矩点；
位置轨迹更新模块，用于根据所述本体质心的零力矩点对所述机器人的位置轨迹进行更新，得到更新后的本体质心位置；
姿态信息获取模块，用于获取所述机器人的姿态信息；
姿态轨迹更新模块，用于根据所述姿态信息对所述机器人的姿态轨迹进行更新，得到更新后的姿态角度；
逆运动学分析模块，用于对所述更新后的本体质心位置和所述更新后的姿态角度进行逆运动学分析，得到所述机器人的腿部的各个关节角；
运动控制模块，用于按照所述各个关节角控制所述机器人进行运动。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的机器人控制方法的步骤。
10.一种机器人，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述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计算机程序时实现如权利要求1至7中任一项所述的机器人控制方法的步骤。
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