CN114633826B - 一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人，用于降低磕碰对机器人运动的影响，提高机器人在行进过程中的稳定性。本申请方法包括：在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照原足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测所述机器人的腿部是否接收到触碰信号；若检测到所述机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取所述至少一条目标腿的步态信息；根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍。

Description

一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人

技术领域

本申请涉及机器人控制技术领域，尤其涉及一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人。

背景技术

随着计算机性能的提升，传感器科技的发展，机器人技术得到了持续的提高，人类生活中逐步出现了各种各样的机器人帮助人类完成特定工作。足式机器人（双足、四足和多足机器人）相较于传统的轮式机器人和履带式机器人，其优势在于良好的越障性能，足式机器人通过多自由度腿部关节的控制，能够应对复杂的地形环境，如路缘石、楼梯和障碍物等。

在足式机器人行走过程中，地形信息的不准确和丢失以及缺乏环境感知能力的情况下，机器人腿部不可避免的会与地形环境产生接触。机器人足端与地形的接触使得机器人能够保持平衡并获得期望的运动，但是如果机器人腿部发生与地形环境的磕碰，将对机器人的运动造成冲击，甚至导致机器人绊倒失稳，对机器人造成损伤。

发明内容

本申请提供了一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人，用于降低磕碰对机器人运动的影响，提高机器人在行进过程中的稳定性。

本申请第一方面提供了一种足式机器人腿部磕碰处理的方法，包括：

在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测所述机器人的腿部是否接收到触碰信号；

若检测到所述机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取所述至少一条目标腿的步态信息；

根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍。

可选的，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段，则从所述目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

控制所述目标腿的足端以所述第一足端轨迹移动至所述第一落足点，以避开障碍。

可选的，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段，则从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

控制所述目标腿的足端切换至所述第一足端轨迹并移动至所述第一落足点，以避开障碍。

可选的，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段，则从所述目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

控制所述目标腿的足端以所述第二足端轨迹移动至所述第二落足点，以避开障碍。

可选的，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段，则从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

控制所述目标腿的足端切换至所述第二足端轨迹并移动至所述第二落足点，以避开障碍。

可选的，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿为支撑状态，则在所述目标腿的支撑状态下，控制所述腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

可选的，所述检测所述机器人的腿部是否接收到触碰信号包括：

通过安装在所述机器人腿部的触觉传感器来检测所述机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号；

或，

通过安装在所述机器人机身上的摄像头来检测所述机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号。

可选的，所述步态信息包括速度信号和相位信号。

本申请第二方面提供了一种足式机器人，包括：

传感单元，用于在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测所述机器人的腿部是否接收到触碰信号；

控制单元，用于当所述传感单元检测到所述机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号时，获取所述至少一条目标腿的步态信息，并根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍。

可选的，所述控制单元包括：

第一规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段时，从所述目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第一控制模块，用于控制所述目标腿的足端以所述第一足端轨迹移动至所述第一落足点，以避开障碍。

可选的，所述控制单元还包括：

第二规划模块，当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段时，从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第二控制模块，用于控制所述目标腿的足端切换至所述第一足端轨迹并移动至所述第一落足点，以避开障碍。

可选的，所述控制单元还包括：

第三规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段时，从所述目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

第三控制模块，用于控制所述目标腿的足端以所述第二足端轨迹移动至所述第二落足点，以避开障碍。

可选的，所述控制单元还包括：

第四规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段时，从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

第四控制模块，用于控制所述目标腿的足端切换至所述第二足端轨迹并移动至所述第二落足点，以避开障碍。

可选的，所述控制单元还包括：

第五控制模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿为支撑状态时，在所述目标腿的支撑状态下，控制所述腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

可选的，所述传感单元具体用于：

通过安装在所述机器人腿部的触觉传感器来检测所述机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号；

或，

通过安装在所述机器人机身上的摄像头来检测所述机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号。

本申请第三方面提供了一种足式机器人，所述足式机器人包括：

处理器、存储器、输入输出单元以及总线；

所述处理器与所述存储器、所述输入输出单元以及所述总线相连；

所述存储器保存有程序，所述处理器调用所述程序以执行第一方面以及第一方面中任一项可选的足式机器人腿部磕碰处理的方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

通过在机器人行进过程中检测机器人腿部是否发生磕碰，从而在发生磕碰时获取对应腿的步态信息，根据步态信息采取相应的控制行为，使得磕碰发生时，能够降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请中的技术方案，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1-a和图1-b为本申请提供的足式机器人的硬件结构和机械结构的示意图；

图2为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法一个实施例流程示意图；

图3为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法另一个实施例流程示意图；

图4-a为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法中目标腿在摆动状态上升段磕碰示意图；

图4-b和图4-c为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法中第一足端轨迹示意图；

图5为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法另一个实施例流程示意图；

图6-a为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法中目标腿在摆动状态下降段磕碰示意图；

图6-b为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法中第二足端轨迹示意图；

图7为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法另一个实施例流程示意图；

图8为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法中目标腿在支撑状态下磕碰示意图；

图9为本申请提供的足式机器人一个实施例结构示意图；

图10为本申请提供的足式机器人另一个实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本申请提供一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人，以下将对本申请提供的足式机器人的硬件结构和机械结构进行说明。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-a，图1-a为本发明其中一个实施方式的多足机器人100的硬件结构示意图。在图1-a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、控制单元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1-a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1-a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1-a所示，机械单元101可包括驱动板1011、电机1012、机械结构1013，如图1-b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，传输给控制单元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，并发送给控制单元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***（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***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，再送给控制单元110，并能接收控制单元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，传送给控制单元110以确定触摸事件的类型，随后控制单元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-a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。

控制单元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1-a所示的实施方式中，电源111电连接控制单元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单元110，使得控制单元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。控制单元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。环境传感器与控制单元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。

以上对本申请提供的足式机器人的硬件结构和机械结构进行说明，下面对本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法进行说明。

本申请提供了一种足式机器人腿部磕碰处理的方法及足式机器人，用于降低磕碰对机器人运动的影响，提高机器人在行进过程中的稳定性。本申请中的足式机器人可以是两足、三足、四足、六足、八足等形式的机器人，具体此不作限定，为方便描述，以下统称为足式机器人或机器人。

请参阅图2，图2为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法的一个实施例，该方法包括：

201、在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测机器人的腿部是否接收到触碰信号；

足式机器人的步态规划是指规划机器人腿部的摆动和支撑运动，以及这些运动之间的相对时间关系。而步态规划的内容就包括了对机器人足端轨迹的规划，机器人足端轨迹包括摆动相轨迹和支撑相轨迹，两者共同决定单条腿的运动特征。对于机器人的足端轨迹，其需满足一定的抬腿高度、跨步长度和步行周期。其中，步行周期是指机器人行走过程中某条腿的足端着地至该足端跟再次着地时所经过的时间。合理的规划足端轨迹能够减小机器人行进过程中足端与地面之间的冲击力及惯性力，保证机器人运动平稳性，从而使机器人达到理想步态。

足式机器人在运动过程中，控制单元会按照预先规划好的足端轨迹来控制机器人的足端运动，但是由于地形信息的不准确、丢失及其它因素的干扰，可能会导致机器人足端在移动的过程中腿部不可避免的与地形环境产生接触，此时如果机器人按照先前规划好的足端轨迹继续移动，则持续磕碰会对机器人的运动造成冲击，甚至导致机器人失稳绊倒。因此，需要在机器人运动的过程中，检测腿部是否发生磕碰，即检测机器人的腿部是否接收到触碰信号，从而能够在发生磕碰时及时的进行处理。

需要说明的是，本申请中机器人的腿部包括腿部连杆以及足端除足底以外的部分，本申请中的触碰信号具体是指机器人在行进过程中，由于腿部触碰到环境障碍所产生的信号，该环境障碍可以是楼梯、路缘石、门槛、台阶等，具体此处不做限定。本申请中的足端具体可以是指足端底面的中心、足端的几何中心、足端的重心，或足端上的某个特定点，具体此处不做限定。

202、若检测到机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取至少一条目标腿的步态信息；

足式机器人的腿足结构在单个步行周期内的足端轨迹主要包括两个阶段，一个阶段是足端与地面接触产生力的时间段，该阶段被称为支撑阶段(或支撑相)，是指单腿足端着地开始到再次抬腿足端离地期间腿的连续相位变化过程；另一个阶段是足端在空中摆动的时间段，该阶段被称为摆动阶段(或摆动相)，是指单腿从抬腿时足端离地开始，到迈腿后足端落地期间腿的连续相位变化过程。机器人在行走过程中，各条腿的步态在支撑相和摆动相之间来回切换。

如果控制单元检测到机器人某条腿的腿部触碰到障碍物，即某条腿接收到触碰信号，则对应获取该条腿（目标腿）的步态信息。控制单元可以通过分析目标腿的步态信息，来确定目标腿发生磕碰时目标腿处于摆动状态还是处于支撑状态，进一步的还可以确定目标腿正处于摆动状态的哪一阶段，从而能够针对不同的磕碰情况采取不同的控制行为。

203、根据步态信息控制目标腿避开障碍。

控制单元根据步态信息来选择与当前情况匹配的避障方式，采取合理的控制行为控制目标腿避开障碍，具体的控制行为可以是跨过障碍，也可以是回退来避开障碍，具体此处不做限定，目的是为了降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

在本实施例中，通过在机器人行进过程中检测机器人腿部是否发生磕碰，从而在发生磕碰时获取对应腿的步态信息，根据步态信息确定对应腿的运动状态，再采取相应的控制行为，使得磕碰发生时，能够降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

为了更好地应对磕碰对机器人运动带来的冲击，在本申请中，将磕碰发生时，目标腿的运动状态细分为三类，分别为：目标腿处于摆动状态上升段、目标腿处于摆动状态下降段以及目标腿处于支撑状态，针对不同的运动状态将采取不同的控制行为，下面分别进行说明。

一、目标腿处于摆动状态上升段时发生磕碰：

请参阅图3，图3为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法的另一个实施例，该方法包括：

301、在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测机器人的腿部是否接收到触碰信号；

本实施例中，步骤301与前述实施例步骤201类似，此处不再赘述。

在一些具体的实施例中，控制单元可以通过在机器人腿部上安装触觉传感器，来检测机器人的腿部是否触碰到障碍物，即是否发生磕碰。需要说明的是，该腿部包括腿部连杆以及足端除足底以外的部分。

在另一些具体的实施例中，控制单元还可以通过在机器人机身底部上安装摄像头等视觉传感器，来检测机器人的腿部是否触碰到障碍物，即是否发生磕碰。

302、若检测到机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取至少一条目标腿的步态信息；

本实施例中，步骤302与前述实施例步骤202类似，此处不再赘述。

303、根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的上升段；

足式机器人的腿足结构在单个步行周期内的足端轨迹主要包括两个阶段，一个阶段是足端与地面接触产生力的时间段，该阶段被称为支撑阶段(或支撑相)，是指单腿足端着地开始到再次抬腿足端离地期间腿的连续相位变化过程；另一个阶段是足端在空中摆动的时间段，该阶段被称为摆动阶段(或摆动相)，是指单腿从抬腿时足端离地开始，到迈腿后足端落地期间腿的连续相位变化过程。机器人在行走过程中，各条腿的步态在支撑相和摆动相之间来回切换。

请参阅图4-a，图4-a体现了机器人上楼梯的场景，当抬腿点距离障碍物较近时，有可能会在摆动状态的上升阶段发生腿部与障碍物的磕碰，此时有足够多的时间和空间来重新规划摆腿轨迹，避免持续磕碰。因此，在本实施例中，如果控制单元根据步态信息确定了发生磕碰时目标腿正处于足端轨迹的上升阶段，即目标腿处于摆动状态的上升段，则执行步骤304至步骤305，或执行步骤306至步骤307，以重新规划摆腿轨迹来避免持续磕碰。

具体的，步骤302中获取的步态信息包括相位信息和速度信息。控制单元可以根据步态信息中相位信号的大小判断目标腿是支撑状态还是摆动状态，摆动状态又进一步分为摆动上升段和摆动下降段，若摆动相位信号不超过0.5，即图4-a中φsw不超过0.5，则说明目标腿处于足端轨迹中的上升段。此外，控制单元还可以根据步态信息中的速度信号来确定目标腿的运动状态，速度信号是指足端在空间坐标系（包括：x轴（横轴）、y轴（纵轴）、z轴（竖轴））中的z轴（竖轴）方向上的速度信号，若速度信号表明当前足端速度不为0且速度方向向上，则说明目标腿处于足端轨迹中的上升段。

需要说明的是，当足端处于足端轨迹的最高点时，即摆动相位信号等于0.5时，可以将其确定为处于轨迹的上升段，也可以将其确定为处于轨迹的下降段，具体此处不做限定。

304、从目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，第一落足点为原落足点或者距离原落足点预设距离范围内的一个落足点；

在一些具体的实施例中，控制单元在确定目标腿的腿部发生磕碰且目标腿正处于足端轨迹中的上升段时，控制单元以腿部发生磕碰时足端的位置（足端当前位置）作为起点，以第一落足点作为终点，重新规划第一足端轨迹。需要说明的是，该第一落足点优选足端轨迹中的原落足点，还可以是距离该原落足点一定范围内的其它点。

请参阅图4-b，图4-b体现了机器人上楼梯的场景，图4-b中包括原先的足端轨迹和以当前足端位置作为起点重新规划出的第一足端轨迹，该第一足端轨迹的落足点和原落足点为同一个点。

305、控制目标腿的足端以第一足端轨迹移动至第一落足点，以避开障碍；

由于步骤304中的第一足端轨迹是以足端当前位置作为起点进行规划，控制单元则可以控制足端直接按照该第一足端轨迹由足端当前位置移动至第一落足点，由于重新规划时以发生磕碰时足端的位置作为起点，因此足端会继续抬起至一定高度再下落，从而能够避免持续磕碰。

306、从原起始点或原起始点到足端当前位置之间的足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，第一落足点包括原落足点和距离原落足点预设距离范围内的落足点；

在另一些具体的实施例中，控制单元在确定目标腿的腿部发生磕碰且目标腿正处于足端轨迹中的上升段时，将足端轨迹中的原起始点作为起点，以第一落足点作为终点，重新规划出第一足端轨迹。该第一落足点可以是足端轨迹中的原落足点，还可以是距离该原落足点一定范围内的其它点。此外，还可以将足端轨迹中的原起始点到足端当前位置之间的任意一点作为起点重新规划第一足端轨迹。

需要说明的是，在步骤306中，重新规划的第一足端轨迹中的抬腿高度大于足端轨迹中的抬腿高度，从而能够避免持续磕碰。

请参阅图4-c，图4-c体现了机器人上楼梯的场景，图4-c中包括原先的足端轨迹和以原起始点作为起点重新规划出的第一足端轨迹。

307、控制目标腿的足端切换至第一足端轨迹并移动至第一落足点，以避开障碍。

由于步骤306中的第一足端轨迹中的抬腿高度发生变化，因此第一足端轨迹并不经过足端当前位置，此时则需要在足端落地之前先将足端切换至该第一足端轨迹上，即控制目标腿的足端切换至该第一足端轨迹，再控制足端按照该第一足端轨迹移动至第一落足点，由此避开障碍，避免持续磕碰。

在本实施例中，通过在机器人行进过程中检测机器人腿部是否发生磕碰，从而在发生磕碰时获取对应腿的步态信息，如果步态信息表明发生磕碰的目标腿正处于摆腿状态的上升段，此时有足够的时间和空间重新规划新的足端轨迹（第一足端轨迹），并以第一足端轨迹控制足端运动，使得磕碰发生时，能够使机器人腿部避开障碍，从而降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

二、目标腿处于摆动状态下降段时发生磕碰：

请参阅图5，图5为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法的另一个实施例，该方法包括：

501、在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测机器人的腿部是否接收到触碰信号；

502、若检测到机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取至少一条目标腿的步态信息；

在本实施例中，步骤501至步骤502与前述实施例步骤301至步骤302类似，此处不再赘述。

503、根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的下降段；

请参阅图6-a，图6-a体现了机器人上楼梯的场景，当落足点距离障碍物较近时，有可能会在摆动状态的下降阶段发生腿部与障碍物的磕碰，此时摆动腿足端处于最高点或已经经过最高点，在这种情况下，要通过调整落足点回退来避免持续磕碰。因此，在本实施例中，如果控制单元根据步态信息确定了发生磕碰时目标腿正处于足端轨迹中的下降阶段，即处于摆动状态的下降段，则执行步骤504至步骤505，或执行步骤506至步骤507，以重新规划摆腿轨迹调整落足点回退来避免持续磕碰。

具体的，机器人的步态信息包括相位信息和速度信息。控制单元可以根据步态信息中相位信号的大小判断目标腿是支撑状态还是摆动状态，摆动状态又进一步分为摆动上升段和摆动下降段，若摆动相位信号超过0.5，即图6-a中φsw超过0.5，则说明目标腿处于足端轨迹中的下降段。此外，控制单元还可以根据步态信息中的速度信号来确定目标腿的运动状态，速度信号是指足端在空间坐标系（包括：x轴（横轴）、y轴（纵轴）、z轴（竖轴））中的z轴（竖轴）方向上的速度信号，若速度信号表明当前足端速度不为0且速度方向向下，则说明目标腿处于足端轨迹中的下降段。

504、从目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，第二落足点到原起始点之间的距离小于原落足点到原起始点之间的距离；

在一些具体的实施例中，控制单元在确定目标腿的腿部发生磕碰且目标腿正处于足端轨迹中的下降段时，控制单元以腿部发生磕碰时足端的位置（足端当前位置）作为起点，以第二落足点作为终点，重新规划第二足端轨迹。

需要说明的是，第二落足点相较于原落足点将更靠近原起始点，即第二落足点为回退点。

505、控制目标腿的足端以第二足端轨迹移动至第二落足点，以避开障碍；

由于步骤504中的第一足端轨迹是以足端当前位置作为起点进行规划，控制单元则可以控制足端直接按照该第二足端轨迹由足端当前位置移动至第二落足点，由于重新规划时以第二落足点相较于原落足点更加贴近原起始点，因此足端落地时腿部的位置也相较于原磕碰位置更加后移，从而能够避开障碍物，避免持续磕碰。

506、从原起始点或原起始点到足端当前位置之间的足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，第二落足点到原起始点之间的距离小于原落足点到原起始点之间的距离；

在另一些具体的实施例中，控制单元在确定目标腿的腿部发生磕碰且目标腿正处于足端轨迹中的下降段时，将足端轨迹中的原起始点作为起点，以第二落足点作为终点，重新规划出第二足端轨迹。该第二落足点相较于原落足点将更靠近原起始点，即第二落足点为回退点。此外，还可以将足端轨迹中的原起始点到足端当前位置之间的任意一点作为起点重新规划第一足端轨迹。

需要说明的是，在步骤506中，重新规划的第二足端轨迹中落足点的位置相较于原落足点更靠近原起始点，因此足端落地时腿部的位置也相较于原磕碰位置更加后移，从而能够避开障碍物，避免持续磕碰。

请参阅图6-b，图6-b体现了机器人上楼梯的场景，图6-b中包括原先的足端轨迹和以原起始点作为起点重新规划出的第二足端轨迹。

507、控制目标腿的足端切换至第二足端轨迹并移动至第二落足点，以避开障碍。

由于步骤506中的第二足端轨迹中的落足点相较于原先的足端轨迹中的原落足点发生了变化，因此第二足端轨迹并不经过足端当前位置，此时则需要在足端落地之前先将足端切换至该第二足端轨迹上，即控制目标腿的足端切换至该第二足端轨迹，再控制足端按照该第二足端轨迹移动至第二落足点，由此避开障碍，避免持续磕碰。

在本实施例中，通过在机器人行进过程中检测机器人腿部是否发生磕碰，从而在发生磕碰时获取对应腿的步态信息，如果步态信息表明发生磕碰的目标腿正处于摆腿状态的下降段，此时需要调整落足点回退，以回退点作为落足点重新规划第二足端轨迹，并以第二足端轨迹控制足端运动，使得磕碰发生时，能够使机器人腿部避开障碍，从而降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

三、目标腿处于支撑状态时发生磕碰：

请参阅图7，图7为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的方法的另一个实施例，该方法包括：

701、在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测机器人的腿部是否接收到触碰信号；

702、若检测到机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取至少一条目标腿的步态信息；

在本实施例中，步骤701至步骤702与前述实施例步骤301至步骤302类似，此处不再赘述。

703、根据步态信息中确定目标腿为支撑状态；

控制单元可以根据步态信息中的相位信号来确定目标腿的运动状态，具体的，控制单元可以根据步态信息中相位信号的大小判断目标腿是支撑状态还是摆动状态，若当前时刻摆动相位信号等于0，则说明目标腿正处于支撑状态。

请参阅图8，图8体现机器人上楼梯时的场景，在目标腿为支撑状态时，机身向前运动将导致腿部磕碰。

704、在目标腿的支撑状态下控制腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

在目标腿的支撑状态下，控制单元需控制腿部发生磕碰的位置向远离障碍的方向移动。例如，在图8所示情况下控制单元将控制腿部触碰到障碍物的部位向后移动，以避开障碍，避免持续磕碰。具体的，控制单元可以控制整个机身回退，还可以在保证目标腿的支撑状态的条件下仅控制发生磕碰的部位抬起。

同时，控制单元还需要降低机身前进的速度，来避免持续磕碰，防止机器人失稳绊倒。

在本实施例中，通过在机器人行进过程中检测机器人腿部是否发生磕碰，从而在发生磕碰时获取对应腿的步态信息，如果步态信息表明发生磕碰的目标腿正处于支撑状态，则控制机器人发生磕碰的部位向远离障碍的方向移动，使得机器人腿部避开障碍物，从而降低磕碰对机器人运动的影响，使机器人平稳的通过复杂地形。

请参阅图9，图9为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的装置一个实施例，该装置包括传感单元901和控制单元902：

所述传感单元901用于：

在机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测机器人的腿部是否接收到触碰信号；

所述控制单元902用于：

当传感单元901检测到机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号时，获取至少一条目标腿的步态信息；

根据步态信息控制目标腿避开障碍。

进一步的，在一些具体的实施例中，控制单元902包括：

第一规划模块9021，用于当根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的上升段时，从目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，第一落足点为原落足点或者距离原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第一控制模块9022，用于控制目标腿的足端以第一足端轨迹移动至第一落足点，以避开障碍。

进一步的，在一些具体的实施例中，控制单元902还包括：

第二规划模块，当根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的上升段时，从原起始点或原起始点到足端当前位置之间的足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，第一落足点为原落足点或者距离原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第二控制模块，用于控制目标腿的足端切换至第一足端轨迹并移动至第一落足点，以避开障碍。

需要说明的是，第二规划模块和第二控制模块与第一规划模块9021、第一控制模块9022作用相同，在实际应用中择一使用即可。

进一步的，在一些具体的实施例中，控制单元902还包括：

第三规划模块9023，用于当根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的下降段时，从目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，第二落足点到原起始点之间的距离小于原落足点到原起始点之间的距离；

第三控制模块9024，用于控制目标腿的足端以第二足端轨迹移动至第二落足点，以避开障碍。

进一步的，在一些具体的实施例中，控制单元902还包括：

第四规划模块，用于当根据步态信息确定目标腿的足端处于足端轨迹的下降段时，从原起始点或原起始点到足端当前位置之间的足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，第二落足点到原起始点之间的距离小于原落足点到原起始点之间的距离；

第四控制模块，用于控制目标腿的足端切换至第二足端轨迹并移动至第二落足点，以避开障碍。

需要说明的是，第四规划模块和第四控制模块与第三规划模块9023、第三控制模块9024作用相同，在实际应用中择一使用即可。

进一步的，在一些具体的实施例中，控制单元902还包括：

第五控制模块9025，用于当根据步态信息确定目标腿为支撑状态时，在目标腿的支撑状态下，控制腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

进一步的，在一些具体的实施例中，传感单元901包括触觉传感器9011和/或摄像头9012，传感单元具体用于：

通过安装在机器人腿部的触觉传感器9011来检测机器人的腿部是否触碰到障碍，若机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号；

或，

通过安装在机器人机身上的摄像头9012来检测机器人的腿部是否触碰到障碍，若机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号。

本实施例装置中，各单元的功能与前述图2、图3、图5或图7所示方法实施例中的步骤对应，此处不再赘述。

本申请还提供了一种足式机器人腿部磕碰处理的装置，请参阅图10，图10为本申请提供的足式机器人腿部磕碰处理的装置一个实施例，该装置包括：

处理器1001、存储器1002、输入输出单元1003、总线1004；

处理器1001与存储器1002、输入输出单元1003以及总线1004相连；

存储器1002保存有程序，处理器1001包括控制单元，处理器1001调用程序以执行如上任一足式机器人腿部磕碰处理的方法。

本申请还涉及一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上保存有程序，其特征在于，当程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上任一足式机器人腿部磕碰处理的方法。

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。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的***，装置和方法，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，所述单元的划分，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。

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，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分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，包括若干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）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，read-onlymemory）、随机存取存储器（RAM，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

Claims (8)

1.一种足式机器人腿部磕碰处理的方法，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：

在所述足式机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测所述足式机器人的腿部是否接收到触碰信号，所述足式机器人的腿部包括所述足式机器人的腿部连杆以及足端除足底以外的部分；

若检测到所述足式机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号，则获取所述至少一条目标腿的步态信息；

根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍；

所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段，则从所述目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点，控制所述目标腿的足端以所述第一足端轨迹移动至所述第一落足点，以避开障碍；或，

从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点，控制所述目标腿的足端切换至所述第一足端轨迹并移动至所述第一落足点，以避开障碍；

若根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段，则从所述目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离，控制所述目标腿的足端以所述第二足端轨迹移动至所述第二落足点，以避开障碍；或，

从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离，控制所述目标腿的足端切换至所述第二足端轨迹并移动至所述第二落足点，以避开障碍。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍，还包括：

若根据所述步态信息确定所述目标腿为支撑状态，则在所述目标腿的支撑状态下，控制所述腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述检测所述足式机器人的腿部是否接收到触碰信号包括：

通过安装在所述足式机器人腿部的触觉传感器来检测所述足式机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述足式机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号；

或，

通过安装在所述足式机器人机身上的摄像头来检测所述足式机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述足式机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步态信息包括速度信号和相位信号。

5.一种足式机器人，其特征在于，所述足式机器人包括至少两条腿，所述足式机器人包括：

传感单元，用于在所述足式机器人的至少一条腿的足端从原起始点按照足端轨迹向原落足点移动的过程中，检测所述足式机器人的腿部是否接收到触碰信号；

控制单元，用于当所述传感单元检测到所述足式机器人至少一条目标腿的腿部接收到触碰信号时，获取所述至少一条目标腿的步态信息，并根据所述步态信息控制所述目标腿避开障碍；

所述控制单元包括：

第一规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段时，从所述目标腿的足端当前位置开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第一控制模块，用于控制所述目标腿的足端以所述第一足端轨迹移动至所述第一落足点，以避开障碍；

或，

第二规划模块，当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的上升段时，从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第一足端轨迹及第一落足点，所述第一落足点为所述原落足点或者距离所述原落足点预设距离范围内的一个落足点；

第二控制模块，用于控制所述目标腿的足端切换至所述第一足端轨迹并移动至所述第一落足点，以避开障碍；

所述控制单元还包括：

第三规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段时，从所述目标腿的足端当前位置开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

第三控制模块，用于控制所述目标腿的足端以所述第二足端轨迹移动至所述第二落足点，以避开障碍；

或，

第四规划模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿的足端处于所述足端轨迹的下降段时，从所述原起始点或所述原起始点到足端当前位置之间的所述足端轨迹上的任意一点开始规划第二足端轨迹及第二落足点，所述第二落足点到所述原起始点之间的距离小于所述原落足点到所述原起始点之间的距离；

第四控制模块，用于控制所述目标腿的足端切换至所述第二足端轨迹并移动至所述第二落足点，以避开障碍。

6.根据权利要求5所述的足式机器人，其特征在于，所述控制单元还包括：

第五控制模块，用于当根据所述步态信息确定所述目标腿为支撑状态时，在所述目标腿的支撑状态下，控制所述腿部的触碰部位向远离障碍的方向移动，以避开障碍。

7.根据权利要求5或6所述的足式机器人，其特征在于，所述传感单元具体用于：

通过安装在所述足式机器人腿部的触觉传感器来检测所述足式机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述足式机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号；

或，

通过安装在所述足式机器人机身上的摄像头来检测所述足式机器人的腿部是否触碰到障碍，若所述足式机器人的腿部触碰到障碍，则接收到触碰信号。

8.一种足式机器人，其特征在于，所述足式机器人包括：

处理器、存储器、输入输出单元以及总线；

所述处理器与所述存储器、所述输入输出单元以及所述总线相连；

所述存储器保存有程序，所述处理器调用所述程序以执行如权利要求1至4中任一项所述方法。

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