CN119002325B 机器人的控制方法、装置、设备及存储介质 （腾讯科技（深圳）有限公司）

A,2021.06.11A,2021.07.27本申请公开了一种机器人的控制方法、装望任务用于引导机器人交替摆动第一机械腿组用于控制机器人的各个部位对应的关节的期望2获取所述机器人在支撑面上的第一期望任务，其中，所述第器人交替摆动所述第一机械腿组和所述第二机械腿组，以在所述支撑面上向第一方向移获取所述第一期望任务对应的期望角度集，所述期望角度集包其中，所述机器人在多个控制时刻后停止移动；所述获取所对于各个所述控制时刻中的任一控制时刻，将所述机器人在所述控制对于各个所述控制时刻，基于所述第一期望任务中所述机身在所述控缩关节在所述控制时刻对应的期望角度、各个所述踝关节在所述控制时刻对应的期望角基于所述机器人的全身运动学模型，获取第一运动学模型3基于所述第一运动学模型和所述第二运动学模型，构建得到待述待求解的运动学方程以所述机器人的各个关节在所述关节空间下的关节角度为未知变将所述待求解的运动学方程中的所述机器人的构建所述机器人的关节物理约束表达式，所述关节在所述关节物理约束表达式的约束下，基于所述中间运动4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述在所述关节物理约束表达式的约束在所述关节物理约束表达式的约束下，以最小化所述目标函数为优化所述机器人在所述控制时刻对应的所述期望角基于所述机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述支撑机械轮在所述控制时刻对机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，确定所述机身与所述摆动机械轮之间的第二相对基于所述第一相对期望位置，确定所述支撑机械轮所在的支撑机械基于所述第一相对期望位置，确定所述支撑机械轮所在的支撑机械腿对应的期望长基于所述支撑机械腿对应的期望长度，确定所述支撑机械腿对应的伸缩4所述基于所述第一相对期望位置，确定所述支撑机械轮所在的支撑机将所述支撑机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述摆动机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述支撑机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述摆动机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，对于各个所述髋关节，将所述髋关节在所述控制时刻对应的期望角度所述髋关节所在的机械腿上的踝关节在所述控制时刻对应的期基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置和支撑机械足在所述控制时刻基于所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置和摆动机械足在所述控制时刻对应对于各个所述控制时刻中的任一控制时刻，对于所述支据所述支撑面规划得到所述支撑机械轮在所述控制对于所述摆动机械腿上的摆动机械轮，根据所述支撑面以及所述支撑对于所述机器人的质心，根据所述支撑面及所述支撑机械轮在所述控5基于所述质心在所述控制时刻对应的期望位置、所述质心在所述控制时刻的实际位基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，以及所述基于所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，以及所述摆基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置、所述摆动述第一期望力矩集包括用于控制所述各个关节的第一期获取所述机器人在所述支撑面上的第二期望任务，其中，根据所述第二期望任务，以及所述机器人的全身动力学模型和全身根据所述第一期望力矩集和所述第二期望力矩集，控制所述机器人二期望力矩集，控制所述机器人在所述第一期望任务和所述第二期望任务的引导下移动，根据所述混合期望力矩集，控制所述机器人在所述第一期望对于各个所述控制时刻，根据所述机械足对应的足参考移动轨迹，获取所6采用所述PD反馈控制器，根据所述机械足在所述控制时刻的参考对于各个所述控制时刻，根据所述质心对应的角动量参考变化轨迹，获取变化轨迹是根据所述支撑面对所述质心的角动量进行规划得采用所述PD反馈控制器，根据所述质心在所述控制时刻的参考角度和参考角动量加速度，以及所述质心在所述控制时刻的实际角动量和实际角动量速度，期望角度获取模块，用于获取所述第一期望任务对应的机器人控制模块，用于根据所述期望角度集，控制所述机器人在所其中，所述机器人在多个控制时刻后停止移动；所述期望角度所述期望角度获取子模块，用于对于各个所述控制时刻中的任一控所述期望角度获取模块还包括第一角度获取子模块、第二角度获取子模7所述第一角度获取子模块，用于对于各个所述控制时刻，基于所述第所述第二角度获取子模块，用于基于各个所述髋关节在所述控制时刻对应的期望角所述第三角度获取子模块，用于将各个所述机械轮的轮关节在所述控所述第四角度获取子模块，用于将所述机身的俯仰关节和侧摆关节在所述期望角度获取子模块，还用于基于各个所述髋关节在所述控制时刻对应所述运动学模型获取子模块，用于基于所述机器人的全身运动学模型作空间下的位置，与所述机器人的各个关节在所述机器人的关节空间下的角度之间的关述机器人的各个关节在所述关节空间下的角速度之间的所述运动学方程构建子模块，用于基于所述第一运动学模型和所述第二运动学模型，将所述待求解的运动学方程中的所述机器人的构建所述机器人的关节物理约束表达式，所述关节在所述关节物理约束表达式的约束下，基于所述中间运动在所述关节物理约束表达式的约束下，以最小化所述目标函数为优化所述机器人在所述控制时刻对应的所述期望角8基于所述机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述支撑机械轮在所述控制时刻对机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，确定所述机身与所述摆动机械轮之间的第二相对基于所述第一相对期望位置，确定所述支撑机械轮所在的支撑机械基于所述第一相对期望位置，确定所述支撑机械轮所在的支撑机械腿对应的期望长基于所述支撑机械腿对应的期望长度，确定所述支撑机械腿对应的伸缩将所述支撑机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述摆动机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述支撑机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，将所述摆动机械轮和所述机身在所述第一方向上的相对期望位置，对于各个所述髋关节，将所述髋关节在所述控制时刻对应的期望角度所述髋关节所在的机械腿上的踝关节在所述控制时刻对应的期基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置和支撑机械足在所述控制时刻基于所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置和摆动机械足在所述控制时刻对应9对于各个所述控制时刻中的任一控制时刻，对于所述支据所述支撑面规划得到所述支撑机械轮在所述控制对于所述摆动机械腿上的摆动机械轮，根据所述支撑面以及所述支撑对于所述机器人的质心，根据所述支撑面及所述支撑机械轮在所述控基于所述质心在所述控制时刻对应的期望位置、所述质心在所述控制时刻的实际位基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，以及所述基于所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望位置，以及所述摆基于所述支撑机械轮在所述控制时刻对应的期望位置、所述摆动所述机器人控制子模块，用于根据所述第一期望力矩集，控制所述机器获取所述机器人在所述支撑面上的第二期望任务，其中，根据所述第二期望任务，以及所述机器人的全身动力学模型和全身根据所述第一期望力矩集和所述第二期望力矩集，控制所述机器人根据所述混合期望力矩集，控制所述机器人在所述第一期望对于各个所述控制时刻，根据所述机械足对应的足参考移动轨迹，获取所支撑面对所述机械足的移动轨迹进行规划得采用所述PD反馈控制器，根据所述机械足在所述控制时刻的参考对于各个所述控制时刻，根据所述质心对应的角动量参考变化轨迹，获取变化轨迹是根据所述支撑面对所述质心的角动量进行规划得采用所述PD反馈控制器，根据所述质心在所述控制时刻的参考角度和参考角动量加速度，以及所述质心在所述控制时刻的实际角动量和实际角动量速度，中存储有计算机程序，所述计算机程序由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1至15程序，所述计算机程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1至15任一项所述的机器人节的旋转轴和所述第二机械腿组对应的髋关节的旋转轴位于同一竖直平面；所述方法包节的旋转轴和所述第二机械腿组对应的髋关节的旋转轴位于同一竖直平面；所述装置包度集包括用于控制所述机器人的各个部位对应的关节的所述计算机程序由处理器加载并执行以实现上述机器人实现关节对期望角度的有效跟随，避免了相关技术小于2个接触点(如机械足和机械轮分别与支撑面之间的接触点)的方式来保持机器人站[0038]图18是本申请一个实施例提供的四足足轮混合式机器人的仿真平地迈步动作数[0039]图19是本申请另一个实施例提供的四足足轮混合式机器人的仿真平地迈步动作[0044]人工智能(ArtificialIntelligence，AI)是利用数字计算机或者数字计算机控机、数字孪生、虚拟人、机器人、人工智能生成内容(AIGC，ArtificialIntelligence器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系任务对应的期望位置在支撑面上移动，在机器人103的运动过程中，控制机械足辅助机械混合式机器人是指足部设置有一对机械轮和机械[0061]可选地，机身对应设置有俯仰关节，通过该俯仰关节可控制机身旋转(如前后俯机械腿201之间，四个机械腿均可以沿图2所示方向([0064]四个机械腿的足部均安装有一对共轴的机械轮203和机械足204，也即机械轮203对应的旋转轴和机械足204对应的旋转轴位于同一直线，机械足204安装在机械轮203的外[0065]四足足轮混合式机器人200可通过2个内侧机械腿202或2个外侧机械腿201站立，[0067]各个机械腿远离足部的另一个末端连接有髋关节211，各个机械腿可绕各自的髋节211的旋转轴位于同一竖直平面205，且四足足轮混合式机器人200对应的各个机械腿的旋转平面平行。两条内侧机械腿202对应的髋关节211位于两条外侧机械腿201对应的髋关节211的旋转轴位于同一直线。四足足轮混合式机器人200对应的各个髋关节211也可以不[0070]四足足轮混合式机器人200的机身可以包括腰部207、躯体208、头部209和上肢[0071]躯体208的另一端与头部209和上肢210相连接，上肢210可以是多自由度的上[0074]在本申请实施例提供的技术方案中，四足足轮混合式机器人200的机械轮、机械[0077]四足足轮混合式机器人相对于四足轮腿式机器人具有更稳定的结构，基于机械梯规划出四足足轮混合式机器人301对应的第一期望任务，该第一期望任务可引导四足足期望角度集控制外侧机械腿组302(即第一机械腿组)和内侧机械腿组303(即第二机械腿肩规划出四足足轮混合式机器人401对应的第一期望任务，该第一期望任务可引导四足足混合式机器人401进行跨路肩。坑规划出四足足轮混合式机器人501对应的第一期望任务，该第一期望任务可引导四足足混合式机器人501进行跨路肩。[0091]机器人可通过上述第一期望任务中的期望位置，控制机器人的各个部位进行移望位置可用于控制机械足进行旋转，机身对应[0100]在机械腿组用于支撑时，该机械腿组上的机械足和机械xf,swingwheel,其中，t为某一控制时刻，r用实施例提供的四足足轮混合式机器人的模型简化图。其中，基于机身1102和各个机械腿X,一个平面，其可被设置在足尖的底部，以在与支撑面触点的位置确定为支撑机械足1203对应[0137]可选地，机器人迈步过程实质是摆动机械轮与支撑机械过程中的摆动机械轮足的初始位置和结束位置进行插值，即可得到摆动机械足在第n个迈[0143]在一个示例中，机器人的机身在机器人的运动过程中尽量保持竖直(以下简称竖[0144]在一个示例中，机器人的机身在机器人的运动过程中动态旋转(以下简称角动量摆关节对应的期望角度与机身对应的期望位为机器人的各个部位在操作空间下的位置，q机器人的各个关节在机器人的关节空间下的文=f(q),其中，ub分别表示关节电机的处可以采用线性二次规划调节器构建中间运动学方程和W2表示权重矩阵。[0176]以图2中四足足轮混合式机器人为例，该期望角度集可以包括2个髋关节(每个髋[0182]1、基于机身在控制时刻对应的期望位置和支撑机械轮在控制时刻对应的期望位[0185]将机身在控制时刻对应的期望位置和摆动机械轮在控制时刻对应的期望位置之[0205]4、基于支撑机械腿对应的期望长度，确定支撑机械腿对应的伸缩关节的期望角的期望角度、俯仰关节在控制时刻对应的期望角度和侧摆关节在控制时刻对应的期望角[0228]在一个示例中，为了减少期望角度跟随过小于2个接触点(如机械足和机械轮分别与支撑面之间的接触点)的方式来保持机器人站[0244]请参考图15，其示出了本申请另一个实施例提供的机器人的控制方法的流程[0249]步骤1503对应的第一期望力矩集的获取方法与上述实施例中的步骤603对应的第实际角速度。又已知髋关节的髋关节中心点和IMU之间的相对位置、相对速度和相对角速在机器人的关节空间下的速度和加速度之间的[0284]其中，Nc为支撑机械腿的个数(支撑机械腿组中的各个支撑机械腿的机械足均与的倒立摆动力学方程，该支撑接触点是指支撑机械腿组对应的足部与支撑面之间的接触[0296]其中，Δx和分别为质心与支撑接触点(即虚拟支撑接触点)在第一方向下的[0298]线性二次规划调节器(LQR，LinearQuadraticRegulator)是基于二次规划优化[0307]倒立摆动力学方程的控制变量即为第一方向下的质心子期望加速度，记为如此得到的第一方向下的质心子期望加速度既能保证第一方向下的质心参考移为恒定值，该恒定值可以是指机器人的质心与[0322]对于各个控制时刻中的任一控制时刻，对质心在第一方向下的质心子期望加速采用欧拉角表示的情况下，该期望加速度可以[0326]在一个示例中，机器人的机身在机器人的运动过程中保持竖直(以下简称竖直任务)；在一个示例中，机器人的机身在机器人的运动过程中动态旋转(以下简称角动量任期望加速度用于控制机器人的机身跟随姿态参考变化轨迹进行运动，以实现机身保持竖考变化轨迹是根据支撑面对质心的角动量进行规划控制时刻的参考角动量分别对于时间进行一阶求[0341]在确定质心参考移动轨迹和支撑参考移动轨迹之后，即[0353]足参考移动轨迹可以包括机械足(如支撑机械足和摆动机械足)在各个控制时刻[0370]在一个示例中，上述第二期望任务可用于机器人的任务导向全身控制(Task_[0372]Hj+C=STr+JEf;ONO表示机器人的关节空间惯性矩阵，ceRNO表示机器人人的总自由度，即浮动基自由度NF与关节自由度NJ之和，NC表示机器人对应的接触力的个[0374]以图2中的四足足轮混合式式机器人为例，四足足轮混合式式机器人的连杆可以[0375]浮动基自由度是指机器人的浮动基坐标系在世界坐标系下的位置px_py_pz和姿速度之间的关系。在关节空间下的速度和加速度，即机器人的各个自由度处的广义位置向量和广义速度向t和表示期望任务t(即任务空间)对应的雅克比矩阵和雅克比矩阵的一阶导数。[0383]其中，为未知变量，[0394]例如，参考图11，对于支撑机械腿，支撑面会给机械轮一[0403]以图2中四足足轮混合式机器人为例，该第二期望力矩集可以包括2个髋关节(每权重系数。例如，α可以取值为80也即riwe的权重系数为80T$osition的权重系数为二期望任务的共同跟随，也即机器人可在第一期望任务和第二期望任务的引导下进行移[0418]另外，利用倒立摆模型计算质心在第一方向(即前进方向)下的质心子期望加速[0432]对第二个摆动周期和第三个摆动周期，机器人的控制方法与第一个摆动周期相化数据，折线图1906为摆动机械腿上的踝关节对应的混合期望力矩指令随时间的变化数望角度集包括用于控制所述机器人的各个部位对应的关所述机器人的各个关节在所述关节空间下的角速度之间的[0450]运动学方程构建子模块2002b，用于基于所述第一运动学模型和所述第二运动学述机器人在所述控制时刻对应的所述期望角[0453]将所述待求解的运动学方程中的所述机器人的各个部位在所述操作空间下的位机器人在所述控制时刻对应的所述期望角度得到所述机器人在所述控制时刻对应的所述期望[0462]第二角度获取子模块2002e，用于基于各个所述髋关节在所述控制时刻对应的期[0463]第三角度获取子模块2002f，用于将各个所述机械轮的轮关节在所述控制时刻对[0464]第四角度获取子模块2002g，用于将所述机身的俯仰关节和侧摆关节在所述控制[0465]所述期望角度获取子模块2002c，还用于基于各个所述髋关节在所述控制时刻对取所述机器人在所述控制时刻对应的所述期望角[0467]基于所述机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述支撑机械轮在所述控制时所述机身在所述控制时刻对应的期望位置和所述摆动机械轮在所述控制时刻对应的期望定为所述髋关节所在的机械腿上的踝关节在所述控制时刻对[0481]对于各个所述控制时刻中的任一控制时刻，对于所述支撑机械腿上的支撑机械[0493]根据所述第二期望任务，以及所述机器人的全身动力学[0496]基于所述第一期望力矩集和所述第二期望力矩集，加权求和得到混合期望力矩所述支撑面对所述机械足的移动轨迹进行规划得参考变化轨迹是根据所述支撑面对所述质心的角动量进行规小于2个接触点(如机械足和机械轮分别与支撑面之间的接触点)的方式来保持机器人站[0508]请