[发明专利]脚步接触检测

说明书

一种脚步接触检测的方法(300)，包括：接收机器人(100)的摆动腿(120_SW)的关节动力学(134_JD)，其中摆动腿执行机器人步态的摆动阶段。该方法还包括接收定义机器人姿态的估计的里程计(192)，并确定摆动腿上的意外扭矩是否对应于摆动腿上的冲击(202)。当意外扭矩对应于冲击时，该方法还包括基于里程计和关节动力学确定冲击是否指示摆动腿在地面(12)上触地。当冲击不指示摆动腿触地时，该方法包括基于机器人的里程计和摆动腿的关节动力学对冲击的原因进行分类。

技术领域

本公开涉及脚步接触检测。

背景技术

机器人通常被定义为可重新编程和多功能的机械手，其被设计用于通过可变的编程运动来移动材料、零件、工具或专用设备以执行任务。机器人可以是物理锚定的机械手(例如，工业机械臂)、在整个环境中(例如，使用腿、轮子或基于牵引的机构)移动的移动机器人、或者机械手和移动机器人的某种组合。机器人用于各种行业，包括例如制造、运输、危险环境、勘探和医疗保健。因此，机器人穿越具有障碍物或需要各种协调腿部运动方式的特征的环境的能力为这些行业提供了额外的好处。

发明内容

本公开一方面提供了一种用于脚步接触检测的方法。所述方法包括在机器人的数据处理硬件处接收机器人的摆动腿的关节动力学(joint dynamics)。摆动腿执行机器人的步态的摆动阶段。所述方法还包括在数据处理硬件处接收里程计(odometry)，里程计定义机器人相对于世界参考系(world reference frame)的姿态的估计。所述方法还包括由数据处理硬件确定摆动腿上的意外扭矩是否对应于摆动腿上的冲击。所述方法还包括当摆动腿上的意外扭矩对应于冲击时，由数据处理硬件基于机器人的里程计和摆动腿的关节动力学确定冲击是否指示摆动腿在机器人周围的地面上触地。所述方法包括当冲击不指示摆动腿触地时，由数据处理硬件基于机器人的里程计和摆动腿的关节动力学对冲击的原因进行分类。

本公开的实现方式可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实现方式中，所述方法包括由数据处理硬件基于冲击的所分类的原因为机器人的摆动腿生成响应。当冲击指示摆动腿触地时，所述方法可包括由数据处理硬件将摆动腿的分类改变为站立腿。所述方法可包括当冲击的原因被分类为绊倒时，提升摆动腿作为对相应冲击的响应。

在一些示例中，对冲击的原因进行分类包括：基于摆动腿的关节动力学确定机器人的摆动腿的摆动阶段的完成百分比满足摆动阶段阈值，摆动阶段阈值指示摆动腿处于摆动阶段的早期。在该示例中，对冲击的原因进行分类还包括将摆动腿上的冲击的原因分类为抬离拖步(liftoff scuffing)。这里，摆动腿响应于将摆动腿上的冲击的原因分类为抬离拖步而继续执行步态的摆动阶段。

在一些配置中，对冲击的原因进行分类包括：基于摆动腿的关节动力学确定摆动腿的髋关节超过预定运动极限。这里，关节动力学包括髋关节相对于地面的外展-内收分量和髋关节相对于地面的屈曲-伸展分量，并且外展-内收分量包括作为屈曲-伸展分量的函数的预定运动极限。在该配置中，对冲击的原因进行分类还包括将摆动腿上的冲击的原因分类为摆动腿接触机器人的主体。这里，摆动腿响应于将摆动腿上的冲击的原因分类为摆动腿接触机器人的主体而继续执行步态的摆动阶段。

在一些实现方式中，对冲击的原因进行分类包括：确定摆动腿到对侧腿的第一最近点和对侧腿到摆动腿的第二最近点之间的矢量距离指示摆动腿与对侧腿交叉。这里，对冲击的原因进行分类还包括：确定摆动腿的远端与对侧腿的相应远端交叉，确定摆动腿的第一膝关节与对侧腿的第二膝关节交叉，将引起机器人的摆动腿的相应冲击的状态(condition)分类为摆动腿与机器人的对侧腿交叉；以及移动摆动腿以与机器人的对侧腿不交叉。

在一些示例中，对与相应冲击对应的机器人的腿的状态进行分类包括：确定摆动腿位于机器人的对侧腿附近，确定与相应冲击对应的扭矩由主要来自摆动腿的髋关节的横向分量的关节动力学产生，将引起机器人的摆动腿的相应冲击的状态分类为未交叉的对侧腿冲击；以及移动摆动腿远离机器人的矢状面。