双足机器人步态控制方法、装置和计算机设备与流程

1.本技术涉及机器人控制技术领域，特别涉及一种双足机器人步态控制方法、装置和计算机设备。


背景技术：

2.虚约束指的是使用机器人的内部状态来代替时间以对机器人的受控关节进行轨迹规划，这个内部状态被称作相变量。在实际使用中，使用机器人的内部状态来代替时间以对机器人的受控关节进行轨迹规划，可以使机器人对干扰做出实时的反应，具有更强的鲁棒性。
3.但是，当双足机器人做原地踏步运动时，机器人的质心在两支撑腿中间来回摆动。在一个周期内，无法找到一个单调递增或递减的内部状态；因此，在这种情况下，相变量的构造非常艰难，而当相变量非单调变化时，将无法使用它来代替时间对受控关节进行轨迹规划。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的为提供一种双足机器人步态控制方法、装置和计算机设备，旨在解决现有双足机器人做原地踏步运动时无法通过虚约束对受控关节进行轨迹规划的弊端。
5.为实现上述目的，本技术提供了一种双足机器人步态控制方法，包括：在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
6.本技术还提供了一种双足机器人步态控制装置，包括：采集模块，用于在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；计算模块，用于根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机
器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；构建模块，用于基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；控制模块，用于通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
7.本技术还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
8.本技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法的步骤。
9.本技术中提供的一种双足机器人步态控制方法、装置和计算机设备，双足机器人的控制系统在双足机器人做原地踏步运动时，采集双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置。然后，根据质心侧向速度和质心侧向位置计算双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，其中，第一阶段表征双足机器人的质心由离双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，第二阶段表征双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段。控制系统基于第一阶段和第二阶段分别对应的相变量构建双足机器人在不同阶段的运动轨迹计算式，并通过运动轨迹计算式进行关节逆解，得到双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。本技术中，控制系统使用基于双足机器人的质心状态（即质心侧向速度和质心侧向位置）构建不同阶段的虚约束的相变量，并通过该相变量构建表征双足机器人的摆动腿在不同阶段的运动轨迹的计算式，从而通过关节逆解的方式得到双足机器人的双足的各个关节与运动轨迹对应的关节角度，实现对机器人的步态控制。同时，由于使用基于质心状态的相变量代替时间对机器人的运动轨迹进行规划，使得机器人在受到扰动后不再继续跟随既定的运动轨迹，而是根据受到的扰动调整自身的步态，保证了双足机器人在做原地踏步运动时的稳定性。
附图说明
10.图1是本技术一实施例中双足机器人步态控制方法的步骤示意图；图2是本技术一实施例中双足机器人步态控制装置的整体结构框图；图3是本技术一实施例的计算机设备的结构示意框图。
11.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
12.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
13.参照图1，本技术一实施例中提供了一种双足机器人步态控制方法，包括：s1:在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，
所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；s2:根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；s3:基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；s4:通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
14.优选的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s101:在所述双足机器人做原地踏步运动时，轮流以所述双足机器人的支撑腿上的预设点为原点建立相互对称的三维坐标系，所述三维坐标系的x轴方向为所述双足机器人前进面向的方向，所述三维坐标系的y轴方向为所述双足机器人的支撑腿指向所述双足机器人的摆动腿的方向，所述三维坐标系的z轴方向为垂直向上的方向；s102:以所述双足机器人的支撑腿建立的所述三维坐标系为基准，采集所述双足机器人在原地踏步运动过程中的所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
15.本实施例中，双足机器人按照预设的运动路径进行运动，在接收到用户输入的原地踏步命令时，开始做原地踏步运动。同时，双足机器人的控制系统通过部署的传感器实时获取双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置；其中，质心侧向速度为双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置。在使用线性倒立摆模型分析机器人行走特征时，必须保证质心不越过双足机器人的支撑腿踝，以避免机器人倒向支撑腿的外侧。而双足机器人在原地踏步的过程中，质心的运动轨迹并不单调，具体为一个u字型的轨迹。为了方便分析，控制系统以双足机器人的两个支撑腿为原点，分别建立左右脚对称的坐标系（在实际分析中，坐标系原点一直处于支撑腿上，而摆动腿的坐标系暂时忽略），其中坐标系的x轴方向为双足机器人面向的方向，y轴方向为指向双足机器人的摆动腿的方向，并且随着支撑腿的转换而改变方向，z轴方向垂直向上。本实施例中，质心侧向位置具体为质心相对于坐标系的原点在y轴上的投影距离（即质心在坐标系中坐标的y值）。双足机器人做原地踏步运动时，质心的运动轨迹为u字型，分为递增和递减两个单调阶段。控制系统判断质心侧向速度是否小于阈值（该阈值具体为0），若质心侧向速度小于阈值，则质心当前处于第一阶段（单调递增阶段），控制系统获取双足机器人的质心的初始速度，并根据该初始速度和当前时刻的质心侧向速度计算得到虚约束的第一相变量。如果质心侧向速度不小于阈值，则质心当前处于第二阶段（单调递减阶段），控制系统获取双足机器人的步宽以及质心的初始位置（初始位置同样为质心在坐标系中的y值），并根据步宽、初始位置以及当前时刻的质心侧向位置进行计算，得到虚约束的第二相变量。由于使用左右脚对称的坐标系，在第一阶段，质心侧向速度始终为负；而在第二阶段，侧向执行速度始终为正。在完成虚约束的相变量构造后，可基于相变量建立双足机器人原地踏步时摆动腿（即双足机器人抬起的脚）运动轨迹所满足的边界条件的多项式。其中，第一阶段的质心的运动轨迹对应的多项式为三次多项式，第二阶段的质心的运动轨迹对应的
多项式为五次多项式。当质心侧向速度小于阈值时，控制系统计算得到第一相变量，并根据第一相变量和边界条件构建得到表征双足机器人在第一阶段的摆动腿运动轨迹的运动轨迹计算式。当质心侧向速度不小于阈值时，控制系统计算得到第二相变量，并根据第二相变量和边界条件构建得到表征双足机器人在第二阶段的摆动腿运动轨迹的运动轨迹计算式（该运动轨迹计算式能够根据虚约束的相变量计算出双足机器人的摆动腿的高度值（即质心在坐标系中的z值）），控制系统根据逆运动学的原理，通过对运动轨迹计算式进行关节逆解，计算得到双足机器人在做原地踏步运动时，双足机器人的摆动腿和支撑腿上各个关节分别对应的弯曲角度，从而使得双足机器人能够按照运动轨迹做原地踏步运动，实现对机器人的步态控制。
16.本实施例中，控制系统使用基于双足机器人的质心状态（即质心侧向速度和质心侧向位置）构建不同阶段的虚约束的相变量，并通过该相变量构建表征双足机器人的摆动腿在不同阶段的运动轨迹的计算式，从而通过关节逆解的方式得到双足机器人的双足的各个关节与运动轨迹对应的关节角度，实现对机器人的步态控制。同时，由于使用基于质心状态的相变量代替时间对机器人的运动轨迹进行规划，使得机器人在受到扰动后不再继续跟随既定的运动轨迹，而是根据受到的扰动调整自身的步态，保证了双足机器人在做原地踏步运动时的稳定性。
17.进一步的，所述根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量的步骤，包括：s201:判断所述质心侧向速度是否小于阈值；s202:若所述质心侧向速度小于阈值，则获取所述双足机器人的质心的初始速度，并根据所述初始速度和所述质心侧向速度计算得到所述第一阶段对应的第一相变量；s203:若所述质心侧向速度不小于阈值，则获取所述双足机器人的步宽以及所述质心的初始位置，并根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量。
18.本实施例中，由于双足机器人在做原地踏步过程中，质心的运动轨迹为一个不单调的u字型的轨迹，其两个状态（质心侧向位置和质心侧向速度）都分为递增和递减两个阶段。而虚约束的相变量必须满足单调变化的条件，因此需要将运动的过程分为两个单调阶段，分别构建虚约束的相变量。具体地，控制系统判断质心侧向速度是否小于阈值，若质心侧向速度小于阈值，则质心当前处于第一阶段：质心侧向速度由初始时刻速度降至0的过程，质心由支撑腿（双足机器人的双足中与支撑面接触的脚）最远的位置移动至最近的位置。控制系统获取双足机器人的质心的初始速度，并根据该初始速度和当前时刻的质心侧向速度计算得到虚约束的第一相变量（第一相变量对应第一阶段）。如果质心侧向速度不小于阈值，则质心当前处于第二阶段：质心由静止状态返回至双腿中间位置，即摆动腿由离支撑腿最近的位置移动至最远的位置。控制系统获取双足机器人的步宽以及质心的初始位置（初始位置同样为质心在坐标系中的y值），并根据步宽、初始位置以及当前时刻的质心侧向位置进行计算，得到虚约束的第二相变量（第二相变量对应第二阶段）。
19.进一步的，所述根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量的步骤，还包括：s204:获取所述质心在所述双足机器人在每一步终止时刻的质心期望速度和质心
实际速度；s205:根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量。
20.优选的，所述根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量的步骤，包括：s2051:将所述质心期望速度和所述质心实际速度代入计算式，计算得到速度反馈项，所述计算式为：，其中，为所述速度反馈项，kp为预设系数，为所述质心期望速度，为所述质心实际速度；s2052:根据所述步宽、所述初始位置和所述速度反馈项，计算得到所述第二相变量，其中，所述第二相变量为：，为所述第二相变量，d为所述步宽，y为所述质心侧向位置，y
cl
为所述初始位置。
21.在实际的应用中，由于模型误差以及提前触地等问题，质心的运动可能发散，为了提高准确度，需要在第二阶段所对应的相变量中引入速度反馈。具体地，控制系统获取质心在双足机器人在每一步终止时刻（即双足机器人做原地踏步运动时，摆动腿落地，使得双足机器人的双足均与支撑面接触的时刻）的质心期望速度和质心实际速度。然后，控制系统将质心期望速度和质心实际速度代入计算式中，计算得到速度反馈项，其中，为速度反馈项，kp为预设系数，为质心期望速度，为质心实际速度。接着，控制系统根据步宽、质心的初始位置以及上述计算所得的速度反馈项进行计算，得到与第二阶段对应的第二相变量，其中，表征第二相变量的计算式为，为第二相变量，d为步宽，y为质心侧向位置，y
cl
为质心的初始位置。第二阶段所对应的第二相变量引入速度反馈，在质心的质心实际速度与质心期望速度不一致时，质心的位置将前后调节，以收敛至期望速度。
22.进一步的，所述基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式的步骤，包括：s301:调取所述双足机器人在所述第一阶段和第二阶段的运动轨迹分别满足的边界条件；s302:以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式。
23.优选的，所述以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式的步
骤，包括：s3021:若所述质心侧向速度小于阈值，则根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第一相变量，对所述第一阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第一阶段对应的运动轨迹计算式，其中，所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第一相变量为：，所述第一阶段的运动轨迹对应的多项式为：；为所述双足机器人的摆动腿期望高度，为所述双足机器人的摆动腿期望速度，h
s
为所述双足机器人的摆动腿的最高抬腿高度，为所述质心侧向速度，为所述初始速度，为所述第一相变量，z
s
为所述双足机器人的摆动腿的实际高度，a1、b1、c1、d1均为常数项，根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到；s3022:若所述质心侧向速度不小于阈值，则根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第二相变量，对所述第二阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第二阶段对应的运动轨迹计算式；其中，所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第二相变量为：，所述第二阶段的运动轨迹的多项式为：；其中，h
m
为所述双足机器人的摆动腿下落过程中的预设转折高度，a2、b2、c2、d2、e、f均为常数项，根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到。
24.本实施例中，控制系统分别根据上述计算得到的第一阶段对应的第一相变量和第二阶段对应的第二相变量，定义摆动腿运动轨迹的多项式，即虚约束。首先，需要分别定义摆动腿在第一阶段（即质心侧向速度小于阈值时）需的运动轨迹要满足的边界条件的三次多项式，以及摆动腿在第二阶段（即质心侧向速度不小于阈值时）的运动轨迹需要满足的边界条件的五次多项式。其中，第一阶段质心运动轨迹需要满足的边界条件为：，表征双足机器人的摆动腿期望高度，表征双足机器人的摆动腿期望速度，h
s
表征双足机器人的摆动腿的最高抬腿高度（h
s
的具体值由用户自定义）。第二阶段摆动腿运动轨迹需要满足的边界条件为：，h
m
表征
述双足机器人的摆动腿下落过程中的预设转折高度（h
m
的具体值由用户自定义）。控制系统根据各阶段分别对应的多项式和相变量，构建得到双足机器人的摆动腿在各个阶段分别对应的运动轨迹计算式。具体地，第一阶段对应的第一相变量为，表征质心侧向速度，表征质心的初始速度，表征第一相变量；第一阶段的摆动腿运动轨迹的多项式为：，其中，z
s
表征双足机器人的摆动腿的实际高度，a1、b1、c1、d1均为常数项，各常数项的具体值由控制系统根据质心运动轨迹在第一阶段满足的边界条件进行求解得到。第二阶段对应的第二相变量（未引入速度反馈的第二相变量）为：，第二阶段的摆动腿运动轨迹的多项式为：；其中，a2、b2、c2、d2、e、f均为常数项，各常数项的具体值由控制系统根据质心运动轨迹在第二阶段满足的边界条件进行求解得到。
25.进一步的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s103:监听是否接收到用户输入的原地踏步指令；s104:若接收到用户输入的原地踏步指令，则控制所述双足机器人做原地踏步运动，并采集所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
26.本实施例中，双足机器人在启动后，按照预先设定的运动路径进行运动，同时监听是否接收到用户输入的其他控制指令。当控制系统监听到用户输入的原地踏步指令后，控制双足机器人不再按照预设的运动路径进行运动，而是开始做原地踏步运动。并且，在此过程中实时采集双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，以便后续构建运动轨迹计算式，实现对双足机器人的步态控制。
27.参照图2，本技术一实施例中还提供了一种双足机器人步态控制装置，包括：采集模块1，用于在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；计算模块2，用于根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；构建模块3，用于基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；控制模块4，用于通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上
各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
28.进一步的，所述计算模块2，包括：判断单元，用于判断所述质心侧向速度是否小于阈值；第一计算单元，用于若所述质心侧向速度小于阈值，则获取所述双足机器人的质心的初始速度，并根据所述初始速度和所述质心侧向速度计算得到所述第一阶段对应的第一相变量；第二计算单元，用于若所述质心侧向速度不小于阈值，则获取所述双足机器人的步宽以及所述质心的初始位置，并根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量。
29.进一步的，所述计算模块2，还包括：获取单元，用于获取所述质心在所述双足机器人在每一步终止时刻的质心期望速度和质心实际速度；第三计算单元，用于根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量。
30.优选的，所述第三计算单元，包括：第一计算子单元，用于将所述质心期望速度和所述质心实际速度代入计算式，计算得到速度反馈项，所述计算式为：，其中，为所述速度反馈项，kp为预设系数，为所述质心期望速度，为所述质心实际速度；第二计算子单元，用于根据所述步宽、所述初始位置和所述速度反馈项，计算得到所述第二相变量，其中，所述第二相变量为：，为所述第二相变量，d为所述步宽，y为所述质心侧向位置，y
cl
为所述初始位置。
31.进一步的，所述构建模块3，包括：调取单元，用于调取所述双足机器人在所述第一阶段和第二阶段的运动轨迹分别满足的边界条件；构建单元，用于以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式。
32.优选的，所述构建单元，包括：第一构建子单元，用于若所述质心侧向速度小于阈值，则根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第一相变量，对所述第一阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第一阶段对应的运动轨迹计算式，其中，所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第一相变量为：，所述第一阶段的运动轨迹对应的多项式为：
；为所述双足机器人的摆动腿期望高度，为所述双足机器人的摆动腿期望速度，h
s
为所述双足机器人的摆动腿的最高抬腿高度，为所述质心侧向速度，为所述初始速度，为所述第一相变量，z
s
为所述双足机器人的摆动腿的实际高度，a1、b1、c1、d1均为常数项，根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到；第二构建子单元，用于若所述质心侧向速度不小于阈值，则根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第二相变量，对所述第二阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第二阶段对应的运动轨迹计算式；其中，所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第二相变量为：，所述第二阶段的运动轨迹的多项式为：；其中，h
m
为所述双足机器人的摆动腿下落过程中的预设转折高度，a2、b2、c2、d2、e、f均为常数项，根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到。
33.进一步的，所述采集模块1包括：建立单元，用于在所述双足机器人做原地踏步运动时，轮流以所述双足机器人的支撑腿上的预设点为原点建立相互对称的三维坐标系，所述三维坐标系的x轴方向为所述双足机器人前进面向的方向，所述三维坐标系的y轴方向为所述双足机器人的支撑腿指向所述双足机器人的摆动腿的方向，所述三维坐标系的z轴方向为垂直向上的方向；第一采集单元，用于以所述双足机器人的支撑腿建立的所述三维坐标系为基准，采集所述双足机器人在原地踏步运动过程中的所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
34.进一步的，所述采集模块1，还包括：监听单元，用于监听是否接收到用户输入的原地踏步指令；第二采集单元，用于若接收到用户输入的原地踏步指令，则控制所述双足机器人做原地踏步运动，并采集所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
35.本实施例中，双足机器人步态控制装置中各模块、单元、子单元用于对应执行与上述双足机器人步态控制方法中的各个步骤，其具体实施过程在此不做详述。
36.本实施例提供的一种双足机器人步态控制装置，双足机器人的控制系统在双足机器人做原地踏步运动时，采集双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置。然后，根据质心侧向速度和质心侧向位置计算双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，其中，第一阶段表征双足机器人的质心由离双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，第二阶段表征双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段。控制系统基于第一阶段和第二阶段分别对应的相变量构建双足机器人在不同阶段的运动轨迹计算式，并通过运动轨迹计算式进行关节逆解，
得到双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。本技术中，控制系统使用基于双足机器人的质心状态（即质心侧向速度和质心侧向位置）构建不同阶段的虚约束的相变量，并通过该相变量构建表征双足机器人的质心在不同阶段的运动轨迹的计算式，从而通过关节逆解的方式得到双足机器人的双足的各个关节与运动轨迹对应的关节角度，实现对机器人的步态控制。同时，由于使用基于质心状态的相变量代替时间对机器人的运动轨迹进行规划，使得机器人在受到扰动后不再继续跟随既定的运动轨迹，而是根据受到的扰动调整自身的步态，保证了双足机器人在做原地踏步运动时的稳定性。
37.参照图3，本技术实施例中还提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设计的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储阈值等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种双足机器人步态控制方法。
38.上述处理器执行上述双足机器人步态控制方法的步骤：s1:在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；s2:根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；s3:基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；s4:通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
39.优选的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s101:在所述双足机器人做原地踏步运动时，轮流以所述双足机器人的支撑腿上的预设点为原点建立相互对称的三维坐标系，所述三维坐标系的x轴方向为所述双足机器人前进面向的方向，所述三维坐标系的y轴方向为所述双足机器人的支撑腿指向所述双足机器人的摆动腿的方向，所述三维坐标系的z轴方向为垂直向上的方向；s102:以所述双足机器人的支撑腿建立的所述三维坐标系为基准，采集所述双足机器人在原地踏步运动过程中的所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
40.进一步的，所述根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量的步骤，包括：s201:判断所述质心侧向速度是否小于阈值；s202:若所述质心侧向速度小于阈值，则获取所述双足机器人的质心的初始速度，并根据所述初始速度和所述质心侧向速度计算得到所述第一阶段对应的第一相变量；
s203:若所述质心侧向速度不小于阈值，则获取所述双足机器人的步宽以及所述质心的初始位置，并根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量。
41.进一步的，所述根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量的步骤，还包括：s204:获取所述质心在所述双足机器人在每一步终止时刻的质心期望速度和质心实际速度；s205:根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量。
42.优选的，所述根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量的步骤，包括：s2051:将所述质心期望速度和所述质心实际速度代入计算式，计算得到速度反馈项，所述计算式为：，其中，为所述速度反馈项，kp为预设系数，为所述质心期望速度，为所述质心实际速度；s2052:根据所述步宽、所述初始位置和所述速度反馈项，计算得到所述第二相变量，其中，所述第二相变量为：，为所述第二相变量，d为所述步宽，y为所述质心侧向位置，y
cl
为所述初始位置。
43.进一步的，所述基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式的步骤，包括：s301:调取所述双足机器人在所述第一阶段和第二阶段的运动轨迹分别满足的边界条件；s302:以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式。
44.优选的，所述以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式的步骤，包括：s3021:若所述质心侧向速度小于阈值，则根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第一相变量，对所述第一阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第一阶段对应的运动轨迹计算式，其中，所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第一相变量为：，所述第一阶段的运动轨迹对应的多项式为：；为所述双足机器人的摆动腿期望高度，为所述双足机器人的摆动腿期望速度，h
s
为所述双足机
器人的摆动腿的最高抬腿高度，为所述质心侧向速度，为所述初始速度，为所述第一相变量，z
s
为所述双足机器人的摆动腿的实际高度，a1、b1、c1、d1均为常数项，根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到；s3022:若所述质心侧向速度不小于阈值，则根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第二相变量，对所述第二阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第二阶段对应的运动轨迹计算式；其中，所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第二相变量为：，所述第二阶段的运动轨迹的多项式为：；其中，h
m
为所述双足机器人的摆动腿下落过程中的预设转折高度，a2、b2、c2、d2、e、f均为常数项，根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到。
45.进一步的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s103:监听是否接收到用户输入的原地踏步指令；s104:若接收到用户输入的原地踏步指令，则控制所述双足机器人做原地踏步运动，并采集所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
46.本技术一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现一种双足机器人步态控制方法，所述双足机器人步态控制方法具体为：s1:在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置，所述质心侧向速度为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的速度，所述质心侧向位置为所述双足机器人的质心在左右摆动方向上的位置；s2:根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量，所述第一阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最远的位置移动至最近的位置的阶段，所述第二阶段表征所述双足机器人的质心由离所述双足机器人的支撑腿最近的位置移动至最远的位置的阶段；s3:基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式；s4:通过所述运动轨迹计算式进行关节逆解，得到所述双足机器人上各关节分别对应的弯曲角度，实现步态控制。
47.优选的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s101:在所述双足机器人做原地踏步运动时，轮流以所述双足机器人的支撑腿上的预设点为原点建立相互对称的三维坐标系，所述三维坐标系的x轴方向为所述双足机器人前进面向的方向，所述三维坐标系的y轴方向为所述双足机器人的支撑腿指向所述双足机器人的摆动腿的方向，所述三维坐标系的z轴方向为垂直向上的方向；
s102:以所述双足机器人的支撑腿建立的所述三维坐标系为基准，采集所述双足机器人在原地踏步运动过程中的所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
48.进一步的，所述根据所述质心侧向速度和所述质心侧向位置计算所述双足机器人的质心在第一阶段和第二阶段分别对应的虚约束的相变量的步骤，包括：s201:判断所述质心侧向速度是否小于阈值；s202:若所述质心侧向速度小于阈值，则获取所述双足机器人的质心的初始速度，并根据所述初始速度和所述质心侧向速度计算得到所述第一阶段对应的第一相变量；s203:若所述质心侧向速度不小于阈值，则获取所述双足机器人的步宽以及所述质心的初始位置，并根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量。
49.进一步的，所述根据所述步宽、所述初始位置和所述质心侧向位置计算得到所述第二阶段对应的第二相变量的步骤，还包括：s204:获取所述质心在所述双足机器人在每一步终止时刻的质心期望速度和质心实际速度；s205:根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量。
50.优选的，所述根据所述步宽、所述初始位置、所述质心侧向位置、所述质心期望速度和所述质心实际速度计算得到所述第二相变量的步骤，包括：s2051:将所述质心期望速度和所述质心实际速度代入计算式，计算得到速度反馈项，所述计算式为：，其中，为所述速度反馈项，kp为预设系数，为所述质心期望速度，为所述质心实际速度；s2052:根据所述步宽、所述初始位置和所述速度反馈项，计算得到所述第二相变量，其中，所述第二相变量为：，为所述第二相变量，d为所述步宽，y为所述质心侧向位置，y
cl
为所述初始位置。
51.进一步的，所述基于所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的相变量构建所述双足机器人的运动轨迹计算式的步骤，包括：s301:调取所述双足机器人在所述第一阶段和第二阶段的运动轨迹分别满足的边界条件；s302:以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式。
52.优选的，所述以所述第一阶段和所述第二阶段为配对基准，根据所述边界条件和所述相变量，构建得到所述第一阶段和所述第二阶段分别对应的所述运动轨迹计算式的步骤，包括：s3021:若所述质心侧向速度小于阈值，则根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边
界条件和所述第一相变量，对所述第一阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第一阶段对应的运动轨迹计算式，其中，所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第一相变量为：，所述第一阶段的运动轨迹对应的多项式为：；为所述双足机器人的摆动腿期望高度，为所述双足机器人的摆动腿期望速度，h
s
为所述双足机器人的摆动腿的最高抬腿高度，为所述质心侧向速度，为所述初始速度，为所述第一相变量，z
s
为所述双足机器人的摆动腿的实际高度，a1、b1、c1、d1均为常数项，根据所述第一阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到；s3022:若所述质心侧向速度不小于阈值，则根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件和所述第二相变量，对所述第二阶段的运动轨迹的多项式进行求解，得到所述第二阶段对应的运动轨迹计算式；其中，所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件为：，所述第二相变量为：，所述第二阶段的运动轨迹的多项式为：；其中，h
m
为所述双足机器人的摆动腿下落过程中的预设转折高度，a2、b2、c2、d2、e、f均为常数项，根据所述第二阶段的运动轨迹满足的边界条件求解得到。
53.进一步的，所述在所述双足机器人做原地踏步运动时，采集所述双足机器人的质心侧向速度和质心侧向位置的步骤，包括：s103:监听是否接收到用户输入的原地踏步指令；s104:若接收到用户输入的原地踏步指令，则控制所述双足机器人做原地踏步运动，并采集所述质心侧向速度和所述质心侧向位置。
54.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是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与一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram通过多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双速据率sdram（ssrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink）dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram
（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
55.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、第一物体或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、第一物体或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、第一物体或者方法中还存在另外的相同要素。
56.以上所述仅为本技术的优选实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。