控制机器人运动的方法、装置、设备和存储介质与流程

本技术涉及机器人运动控制，特别涉及一种控制机器人运动的方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

1、随着科技的进步，机器人被广泛应用在生产生活中，如双足直立机器人等。

2、通常，在机器人运动的过程中，机器人的迈步周期和步长是恒定的，机器人在每个迈步周期结束时刻的落脚点仅与步长存在联系，而且，机器人的摆动腿与躯干之间的相对位置是恒定的。

3、当机器人受到外力时，机器人的质心位置会发生变化，然而，此时机器人的摆动腿与躯干之间的相对位置并未随质心位置的变化做出调整，这就会使机器人的受力不平衡，导致机器人摔倒，也即机器人运动过程中稳定性差。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种控制机器人运动的方法、装置、设备和存储介质，能解决相关技术中机器人容易在运动过程中失去平衡、稳定性差的问题。技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种控制机器人运动的方法，所述方法包括：

3、确定当前迈步周期的剩余时长，其中，所述剩余时长是当前时刻到所述当前迈步周期的结束时刻的时长；

4、基于所述剩余时长、所述机器人的期望速度、所述机器人在所述当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测所述机器人在所述当前迈步周期的结束时刻的第二质心位置和第二瞬时速度；

5、基于所述期望速度、所述第二质心位置和所述第二瞬时速度，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置；

6、基于所述稳定落脚点位置和所述第二质心位置，确定所述机器人中与迈步关联的各关节对应的运动参数；

7、基于所述各关节对应的运动参数对所述机器人进行控制。

8、在一种可能的实现方式中，所述基于所述期望速度、所述第二质心位置和所述第二瞬时速度，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置，包括：

9、基于所述当前迈步周期的时长，确定第一前馈系数和第一反馈增益；

10、基于所述期望速度、所述第二瞬时速度、所述第一前馈系数和所述第一反馈增益，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置。

11、在一种可能的实现方式中，所述基于所述稳定落脚点位置和所述第二质心位置，确定所述机器人中与迈步关联的各关节对应的运动参数，包括：

12、基于所述稳定落脚点位置和运动学逆解算法，确定所述机器人的摆动腿中与迈步关联的各摆动关节对应的摆动参数，并确定每个所述摆动参数分别满足预先设定的摆动限位要求；

13、基于所述第二质心位置和运动学逆解算法，确定所述机器人的支撑腿中与迈步关联的各支撑关节对应的支撑参数，并确定每个所述支撑参数分别满足预先设定的支撑限位要求。

14、在一种可能的实现方式中，所述确定每个所述摆动参数分别满足预先设定的摆动限位要求，包括：

15、如果所述各摆动关节中存在第一摆动关节对应的第一摆动参数不满足与所述第一摆动关节对应的第一摆动限位要求，则更新所述第一反馈增益；

16、转置执行基于所述期望速度、所述第二瞬时速度、所述第一前馈系数和所述第一反馈增益，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置，直至每个所述摆动参数分别满足预先设定的摆动限位要求。

17、在一种可能的实现方式中，所述更新所述第一反馈增益，包括：

18、在预先存储的反馈增益集合中确定小于所述第一反馈增益的反馈增益子集，并确定所述反馈增益子集中最大的反馈增益为第二反馈增益；

19、将所述第一反馈增益更新为所述第二反馈增益。

20、在一种可能的实现方式中，所述确定每个所述支撑参数分别满足预先设定的支撑限位要求，包括：

21、如果所述各支撑关节中存在第一支撑关节对应的第一支撑参数不满足与所述第一支撑关节对应的第一支撑限位要求，则更新所述当前迈步周期的时长；

22、转置执行确定当前迈步周期的剩余时长，直至每个所述支撑参数分别满足预先设定的支撑限位要求。

23、在一种可能的实现方式中，所述更新所述当前迈步周期的时长，包括：

24、在预先存储的迈步周期集合中确定时长小于所述当前迈步周期的迈步周期子集，并确定所述迈步周期子集中时长最大的迈步周期为替换迈步周期；

25、将所述当前迈步周期更新为所述替换迈步周期。

26、在一种可能的实现方式中，所述基于所述剩余时长、所述机器人的期望速度、所述机器人在所述当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测所述机器人在所述当前迈步周期的结束时刻的第二质心位置和第二瞬时速度，包括：

27、基于所述剩余时长、所述机器人在所述当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测所述机器人在所述结束时刻的第二瞬时速度；

28、基于所述机器人的期望速度、所述第二瞬时速度和所述状态空间方程，预测所述机器人在所述当前迈步周期的结束时刻的第二质心位置。

29、第二方面，本技术提供了一种控制机器人运动的装置，所述装置包括：

30、第一确定模块，用于确定当前迈步周期的剩余时长，其中，所述剩余时长是当前时刻到所述当前迈步周期的结束时刻的时长；

31、预测模块，用于基于所述剩余时长、所述机器人的期望速度、所述机器人在所述当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测所述机器人在所述结束时刻的第二质心位置和第二瞬时速度；

32、第二确定模块，用于基于所述期望速度、所述第二质心位置和所述第二瞬时速度，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置；

33、第三确定模块，用于基于所述稳定落脚点位置和所述第二质心位置，确定所述机器人中与迈步关联的各关节对应的运动参数；

34、控制模块，用于基于所述各关节对应的运动参数对所述机器人进行控制。

35、在一种可能的实现方式中，所述第二确定模块，用于：

36、基于所述当前迈步周期的时长，确定第一前馈系数和第一反馈增益；

37、基于所述期望速度、所述第二瞬时速度、所述第一前馈系数和所述第一反馈增益，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置。

38、在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块，用于：

39、基于所述稳定落脚点位置和运动学逆解算法，确定所述机器人的摆动腿中与迈步关联的各摆动关节对应的摆动参数，并确定每个所述摆动参数分别满足预先设定的摆动限位要求；

40、基于所述第二质心位置和运动学逆解算法，确定所述机器人的支撑腿中与迈步关联的各支撑关节对应的支撑参数，并确定每个所述支撑参数分别满足预先设定的支撑限位要求。

41、在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块，用于：

42、如果所述各摆动关节中存在第一摆动关节对应的第一摆动参数不满足与所述第一摆动关节对应的第一摆动限位要求，则更新所述第一反馈增益；

43、转置执行基于所述期望速度、所述第二瞬时速度、所述第一前馈系数和所述第一反馈增益，确定所述当前迈步周期对应的稳定落脚点位置，直至每个所述摆动参数分别满足预先设定的摆动限位要求。

44、在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块，用于：

45、在预先存储的反馈增益集合中确定小于所述第一反馈增益的反馈增益子集，并确定所述反馈增益子集中最大的反馈增益为第二反馈增益；

46、将所述第一反馈增益更新为所述第二反馈增益。

47、在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块，用于：

48、如果所述各支撑关节中存在第一支撑关节对应的第一支撑参数不满足与所述第一支撑关节对应的第一支撑限位要求，则更新所述当前迈步周期的时长；

49、转置执行确定当前迈步周期的剩余时长，直至每个所述支撑参数分别满足预先设定的支撑限位要求。

50、在一种可能的实现方式中，所述第三确定模块，用于：

51、在预先存储的迈步周期集合中确定时长小于所述当前迈步周期的迈步周期子集，并确定所述迈步周期子集中时长最大的迈步周期为替换迈步周期；

52、将所述当前迈步周期更新为所述替换迈步周期。

53、在一种可能的实现方式中，所述预测模块，用于：

54、基于所述剩余时长、所述机器人在所述当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测所述机器人在所述结束时刻的第二瞬时速度；

55、基于所述机器人的期望速度、所述第二瞬时速度和所述状态空间方程，预测所述机器人在所述当前迈步周期的结束时刻的第二质心位置。

56、第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，存储器中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现控制机器人运动的方法所执行的操作。

57、第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，存储介质中存储有至少一条指令，指令由处理器加载并执行以实现控制机器人运动的方法所执行的操作。

58、本技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

59、本技术实施例提供的方案中，在控制机器人运动的过程中，可以基于机器人在当前时刻的第一质心位置和第一瞬时速度、以及状态空间方程，预测机器人的第二质心位置和第二瞬时速度，然后再确定机器人的稳定落脚点。采用该方案，在确定机器人的稳定落脚点时，将机器人的质心位置和质心速度(即瞬时速度)考虑在内。如果机器人在运动过程中因为外力作用使质心位置和质心速度发生变化，机器人会根据变化后的质心位置和质心速度确定稳定落脚点，使得机器人的腿部到达稳定落脚点时可以受力平衡，从而防止机器人摔倒，有利于提高机器人在运动过程中的稳定性。

60、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。