摆动腿控制方法、装置、电子设备及存储介质

本发明涉及机器人控制，尤其涉及一种摆动腿控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、人形机器人步态运动的自主稳定平衡是通过双腿实现的，双腿的控制除了提供重力支撑外，还要根据机身的状态变化随时做出调整，以保证机身在静态或者动态运动过程中的稳定和平衡。在人形机器人的步态运动过程中（如行走和踏步），摆动腿的落脚点控制对于维持步态切换阶段的机身平稳性具有重要的作用。

2、现有技术中，传统落脚点的控制方法包括倒立摆模型、零点力矩（zero momentpoint，zmp）和角动量预测，这些控制方式主要是根据机身的姿态实时调节落脚点的位置。然而，这些控制方法在实现鲁棒性和柔顺性方面依然存在不足。

技术实现思路

1、本发明提供一种摆动腿控制方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决现有技术中控制方法在实现鲁棒性和柔顺性方面依然存在不足的问题。

2、本发明提供一种摆动腿控制方法，包括：获取人形机器人的状态数据和关节角数据；根据状态数据确定人形机器人的位姿状态信息，根据关节角数据和正向运动学确定人形机器人的足底信息；根据位姿状态信息和足底信息预测当前步态结束时的质心角动量；构建触发式采样机制调控所述质心角动量的预测计算，得到触发式角动量预测值；确定不同运动指令对应的期望角动量；根据触发式角动量预测值和期望角动量计算人形机器人的落脚点位置；其中，所述触发式采样机制包括在质心角动量的偏差变化值大于第一阈值、且z方向轴的足底位置高于第二阈值的情况下，对所述质心角动量进行更新，得到所述触发式角动量预测值。

3、根据本发明提供一种的摆动腿控制方法，所述根据所述触发式角动量预测值和所述期望角动量计算所述人形机器人的落脚点位置之后，所述方法还包括：获取所述人形机器人当前的运动指令；根据当前的运动指令确定当前运动模式，并基于当前运动模式确定所述人形机器人的期望机身位姿变化序列；根据所述期望机身位姿变化序列和所述落脚点位置确定落脚点补偿信息，并基于所述落脚点补偿信息对所述人形机器人的步态进行修正。

4、根据本发明提供一种的摆动腿控制方法，所述方法还包括：基于多项式插值的方式，确定所述人形机器人的摆动腿从当前位置到目标落脚点的步态轨迹；确定所述人形机器人的足底反馈接触力；根据所述足底反馈接触力构建用于腿部刚度调节的导纳模型；根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正。

5、根据本发明提供一种的摆动腿控制方法，所述根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正之后，所述方法还包括：基于逆运动学将所述步态轨迹反算到关节空间内各关节期望位置序列；根据所述关节期望位置序列计算各个关节的力矩信号，并通过所述力矩信号驱动所述人形机器人的摆动腿进行关节运动。

6、本发明还提供一种摆动腿控制装置，包括：获取模块和处理模块；所述获取模块，用于获取人形机器人的状态数据和关节角数据；所述处理模块，用于根据所述状态数据确定所述人形机器人的位姿状态信息，根据所述关节角数据和正向运动学确定所述人形机器人的足底信息；根据所述位姿状态信息和所述足底信息预测当前步态结束时的质心角动量；构建触发式采样机制调控所述质心角动量的预测计算，得到触发式角动量预测值；确定不同运动指令对应的期望角动量；根据所述触发式角动量预测值和所述期望角动量计算所述人形机器人的落脚点位置；其中，所述触发式采样机制包括在质心角动量的偏差变化值大于第一阈值、且z方向轴的足底位置高于第二阈值的情况下，对所述质心角动量进行更新，得到所述触发式角动量预测值。

7、根据本发明提供一种的摆动腿控制装置，所述根据所述触发式角动量预测值和所述期望角动量计算所述人形机器人的落脚点位置之后，所述处理模块，用于获取所述人形机器人当前的运动指令；根据当前的运动指令确定当前运动模式，并基于当前运动模式确定所述人形机器人的期望机身位姿变化序列；根据所述期望机身位姿变化序列和所述落脚点位置确定落脚点补偿信息，并基于所述落脚点补偿信息对所述人形机器人的步态进行修正。

8、根据本发明提供一种的摆动腿控制装置，所述处理模块，还用于基于多项式插值的方式，确定所述人形机器人的摆动腿从当前位置到目标落脚点的步态轨迹；确定所述人形机器人的足底反馈接触力；根据所述足底反馈接触力构建用于腿部刚度调节的导纳模型；根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正。

9、根据本发明提供一种的摆动腿控制装置，所述处理模块，还用于基于逆运动学将所述步态轨迹反算到关节空间内各关节期望位置序列；根据所述关节期望位置序列计算各个关节的力矩信号，并通过所述力矩信号驱动所述人形机器人的摆动腿进行关节运动。

10、本发明还提供一种电子设备，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如上述任一种所述摆动腿控制方法的步骤。

11、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述摆动腿控制方法的步骤。

12、本发明提供的摆动腿控制方法、装置、电子设备及存储介质，可以获取人形机器人的状态数据和关节角数据；根据状态数据确定人形机器人的位姿状态信息，根据关节角数据和正向运动学确定人形机器人的足底信息；根据位姿状态信息和足底信息预测当前步态结束时的质心角动量；构建触发式采样机制调控所述质心角动量的预测计算，得到触发式角动量预测值；确定不同运动指令对应的期望角动量；根据触发式角动量预测值和期望角动量计算人形机器人的落脚点位置；其中，所述触发式采样机制包括在质心角动量的偏差变化值大于第一阈值、且z方向轴的足底位置高于第二阈值的情况下，对所述质心角动量进行更新，得到所述触发式角动量预测值。通过该方案，由于引入了触发式采样机制，而触发式采样机制包括在质心角动量的偏差变化大于第一阈值、且z方向轴的足底位置高于第二阈值的情况下，对所述质心角动量进行更新，因此，不仅可以判断人形机器人的当前状态是否为摆动腿即将触地，还可以判断基于当前的状态是否需要采样角动量估计值以用于更新落脚点位置，使得角动量预测值和落脚点位置的更新仅在触地前的时刻进行，触地后则保持不变，如此，可以降低摆动腿触地后脚与地面的相对滑动，从而提高单腿支撑阶段的稳定性和鲁棒性。

技术特征：

1.一种摆动腿控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的摆动腿控制方法，其特征在于，所述根据所述触发式角动量预测值和所述期望角动量计算所述人形机器人的落脚点位置之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求1所述的摆动腿控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

4.根据权利要求3所述的摆动腿控制方法，其特征在于，所述根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正之后，所述方法还包括：

5.一种摆动腿控制装置，其特征在于，包括：获取模块和处理模块；

6.根据权利要求5所述的摆动腿控制装置，其特征在于，所述根据所述触发式角动量预测值和所述期望角动量计算所述人形机器人的落脚点位置之后，所述处理模块，用于获取所述人形机器人当前的运动指令；根据当前的运动指令确定当前运动模式，并基于当前运动模式确定所述人形机器人的期望机身位姿变化序列；根据所述期望机身位姿变化序列和所述落脚点位置确定落脚点补偿信息，并基于所述落脚点补偿信息对所述人形机器人的步态进行修正。

7.根据权利要求5所述的摆动腿控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于基于多项式插值的方式，确定所述人形机器人的摆动腿从当前位置到目标落脚点的步态轨迹；确定所述人形机器人的足底反馈接触力；根据所述足底反馈接触力构建用于腿部刚度调节的导纳模型；根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正。

8.根据权利要求7所述的摆动腿控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于根据所述导纳模型和所述足底反馈接触力对所述步态轨迹进行修正之后，基于逆运动学将所述步态轨迹反算到关节空间内各关节期望位置序列；根据所述关节期望位置序列计算各个关节的力矩信号，并通过所述力矩信号驱动所述人形机器人的摆动腿进行关节运动。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上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程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的摆动腿控制方法中的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，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4中任一项所述的摆动腿控制方法中的步骤。

技术总结本发明提供一种摆动腿控制方法、装置、电子设备及存储介质，应用于机器人控制技术领域。该方法包括：获取人形机器人的状态数据和关节角数据；根据状态数据确定人形机器人的位姿状态信息，根据关节角数据和正向运动学确定人形机器人的足底信息；根据位姿状态信息和足底信息预测当前步态结束时的质心角动量；构建触发式采样机制调控所述质心角动量的预测计算，得到触发式角动量预测值；确定不同运动指令对应的期望角动量；根据触发式角动量预测值和期望角动量计算人形机器人的落脚点位置。技术研发人员：高洁,陈紫渝,李睿,乔红,张驰宇,白冀鹤受保护的技术使用者：中国科学院自动化研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9