一种四足机器人运动保护方法及系统与流程

1.本技术涉及四足机器人技术领域，具体而言，涉及一种四足机器人运动保护方法及系统。


背景技术：

2.四足机器人广泛应用在安防巡检、运输任务执行等场景中，由于四足机器人的本体电机、电子器件和搭载的雷达等传感器价格昂贵，若四足机器人在运行过程中出现倾覆或足端卡在地面等情况，则极易发生危险、导致四足机器人损伤和造成经济损失，且在人机交互场景或工业巡检场景下，若四足机器人发生跌倒或卡绊等情况，则容易带来人员和设备的损伤，因此四足机器人安全保护性能的要求也逐渐提高。
3.目前常见的安全保护方法有：1.机械层面上，对容易损伤的结构进行增加防撞或保护装置，例如在四足机器人下面安装防撞托，在腿部电机安装防撞条，在激光雷达周围安装保护支架，这种方法能够在四足机器人已经发生跌倒的情况下一定程度上保护器件，但由于该方法无法防止四足机器人跌倒，因此该方法仍存在由于四足机器人跌倒而对周围人或设备造成损伤的问题；2.算法层面上，一种是当四足机器人发生意外（即四足机器人处于异常运动状态）时对本体电机进行断电保护，由于突然断电会导致运动中的机器人直接砸向地面，因此该方法对四足机器人和周围设备的损害较大，即这两种方法均属于四足机器人的被动保护方法。此外，由于这两种方法在四足机器人发生意外后均需要通过人工的方式消除异常运动状态，例如在四足机器人跌倒后需要人工扶正四足机器人，因此这两种方法均不利于构建无人化场景。
4.针对上述问题，目前尚未有有效的技术解决方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种四足机器人运动保护方法及系统，能够自动检测四足机器人是否处于异常运动状态和在四足机器人处于异常运动状态时通过关节电机消除异常运动状态。
6.第一方面，本技术提供了一种四足机器人运动保护方法，应用在四足机器人运动保护系统中，四足机器人运动保护系统包括四足机器人，四足机器人包括惯性测量单元、四个运动足、四个足端力传感器和多个关节电机，关节电机用于驱动运动足的关节转动，惯性测量单元用于获取四足机器人的翻滚角信息和俯仰角信息，四个足端力传感器分别设置在四个运动足的足端，足端力传感器用于获取足端的作用力信息，四足机器人运动保护方法包括以下步骤：s1、基于关节电机的编码器获取关节电机的真实位置，并根据关节电机的真实电流生成真实力矩；s2、根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、期望位置和期望力矩检测四足机器人是否处于异常运动状态，并在四足机器人处于异常运动状态时获
取异常运动状态的类型，异常运动状态包括失衡状态、足端受阻状态和倾覆状态；s3、在检测到四足机器人处于异常运动状态时，根据异常运动状态的类型控制关节电机执行对应的预设指令，预设指令用于消除对应类型的异常运动状态。
7.本技术提供的一种四足机器人运动保护方法，自动检测四足机器人是否处于异常运动状态和在四足机器人处于异常运动状态时通过关节电机消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人倾覆而对四足机器人本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
8.可选地，失衡状态满足第一条件，第一条件为：，足端受阻状态满足第二条件，第二条件为：，倾覆状态满足第三条件，第三条件为：，正常运动状态满足第四条件，第四条件为：；其中，||为或运算符，&&为与运算符，roll表示翻滚角信息，roll
max,1
表示预设的第一翻滚角阈值，roll
max,2
表示预设的第二翻滚角阈值，pitch表示俯仰角信息，pitch
max,1
表示预设的第一俯仰角阈值，pitch
max,2
表示预设的第二俯仰角阈值，δp表示期望位置与真实位置的差值的绝对值，δp
max,1
表示预设的第一关节位置偏差阈值，δp
max,2
表示预设的第二关节位置偏差阈值，表示期望力矩与真实力矩的差值的绝对值，表示预设的第一关节力矩偏差阈值，表示预设的第二关节力矩偏差阈值，f
x
表示作用力信息在x方向上的分量，fy表示作用力信息在y方向上的分量，fz表示作用力信息在z方向上的分量，μ|fz|表示摩擦锥。
9.可选地，步骤s2包括步骤：s21、根据第一条件检测四足机器人是否处于失衡状态，若是，则执行步骤s3，若否，则执行步骤s22；s22、根据第三条件检测四足机器人是否处于倾覆状态，若是，则执行步骤s3，若否，则执行步骤s23；s23、根据第二条件检测四足机器人是否处于足端受阻状态，若是，则执行步骤s3，若否，则返回步骤s1。
10.可选地，异常运动状态为失衡状态，预设指令包括以下步骤：降低关节电机的转速以降低四足机器人的运动速度，并提高关节电机的占空比。
11.可选地，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4、在降低运动速度和提高占空比后，根据预设的间隔时间周期性地检测对应间
隔时间内翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩是否满足第四条件，若是，则控制四足机器人切换至正常运动状态并返回步骤s1，若否，则控制四足机器人保持失衡状态并生成第一报警信息。
12.可选地，异常运动状态为足端受阻状态，预设指令包括以下步骤：基于逆运动学分别计算每个运动足的雅可比矩阵，并分别根据雅可比矩阵和预设的足端作用力获取各个关节电机的施加力矩；根据施加力矩调节对应的关节电机的输出力矩，以使四足机器人停止移动。
13.可选地，运动足包括依次序连接的肩关节、髋关节和膝关节，肩关节、髋关节和膝关节由三个关节电机分别驱动，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4’、在四足机器人停止移动的时间大于等于第一预设时间阈值时，按照肩关节、髋关节和膝关节的顺序控制对应的关节电机正转或反转；s5、在关节电机正转或反转时，若期望力矩与真实力矩的差值的绝对值和/或期望位置与真实位置的差值的绝对值满足第二条件，则控制关节电机停止正转或反转并生成第二报警信息，若翻滚角信息和/或俯仰角信息满足第三条件，则控制关节电机停止正转或反转和将异常运动状态的类型更新为倾覆状态，并返回步骤s3，在所有关节电机正转或反转的过程中，若翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩均满足第四条件，则控制四足机器人切换至正常运动状态。
14.可选地，异常运动状态为倾覆状态，预设指令包括以下步骤：将所有关节电机的位置指令、速度指令以及刚度系数均设置为0，并将所有关节电机的阻尼设置为非零常数，以使四足机器人缓慢趴下。
15.可选地，运动足包括依次序连接的肩关节、髋关节和膝关节，肩关节、髋关节和膝关节由三个关节电机分别驱动，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4
’’
、在四足机器人的趴下时间大于等于第二预设时间阈值时，按照肩关节、髋关节和膝关节的顺序控制对应的关节电机正转或反转；s5’、检测在所有关节电机正转或反转的过程中翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩是否均满足第四条件，若是，则控制四足机器人切换至正常运动状态，若否，则控制四足机器人保持趴下状态并生成第二报警信息。
16.第二方面，本技术还提供了一种四足机器人运动保护系统，其包括：四足机器人，其包括惯性测量单元、四个运动足、四个足端力传感器和多个关节电机，关节电机用于驱动运动足的关节转动，惯性测量单元用于获取四足机器人的翻滚角信息和俯仰角信息，四个足端力传感器分别设置在四个运动足的足端，足端力传感器用于获取足端的作用力信息；控制器，与惯性测量单元、足端力传感器和关节电机电性连接；控制器用于基于关节电机的编码器获取关节电机的真实位置，并根据关节电机的真实电流生成真实力矩；控制器还用于根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、期望位置和期望力矩检测四足机器人是否处于异常运动状态，并在四足机器人处于异常运动状态时获取异常运动状态的类型，异常运动状态包括失衡状态、足端受阻状态和倾覆状态；
控制器还用于在检测到四足机器人处于异常运动状态时，根据异常运动状态的类型控制关节电机执行对应的预设指令，预设指令用于消除对应类型的异常运动状态。
17.本技术提供的一种四足机器人运动保护系统，自动检测四足机器人是否处于异常运动状态和在四足机器人处于异常运动状态时通过关节电机消除异常运动状态，因此该系统能够对四足机器人进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人倾覆而对四足机器人本体和周围环境造成损害的情况，且由于该系统能通过四足机器人自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该系统能有效地降低四足机器人发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
18.由上可知，本技术提供的一种四足机器人运动保护方法及系统，自动检测四足机器人是否处于异常运动状态和在四足机器人处于异常运动状态时通过关节电机消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人倾覆而对四足机器人本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
附图说明
19.图1为本技术实施例提供的一种四足机器人运动保护方法的流程图。
20.图2为本技术实施例提供的一种四足机器人的结构示意图。
21.图3为本技术实施例提供的一种四足机器人运动保护系统的控制结构示意图。
22.附图标记：1、四足机器人；11、运动足；111、肩关节；112、髋关节；113、膝关节；114、足端；12、惯性测量单元；13、足端力传感器；14、关节电机；2、控制器。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.第一方面，如图1-图3所示，本技术提供了一种四足机器人运动保护方法，应用在四足机器人运动保护系统中，四足机器人运动保护系统包括四足机器人1，四足机器人1包括惯性测量单元12、四个运动足11、四个足端力传感器13和多个关节电机14，关节电机14用于驱动运动足11的关节转动，惯性测量单元12用于获取四足机器人1的翻滚角信息和俯仰角信息，四个足端力传感器13分别设置在四个运动足11的足端114，足端力传感器13用于获
取足端114的作用力信息，四足机器人运动保护方法包括以下步骤：s1、基于关节电机14的编码器获取关节电机14的真实位置，并根据关节电机14的真实电流生成真实力矩；s2、根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、期望位置和期望力矩检测四足机器人1是否处于异常运动状态，并在四足机器人1处于异常运动状态时获取异常运动状态的类型，异常运动状态包括失衡状态、足端受阻状态和倾覆状态；s3、在检测到四足机器人1处于异常运动状态时，根据异常运动状态的类型控制关节电机14执行对应的预设指令，预设指令用于消除对应类型的异常运动状态。
26.其中，惯性测量单元12为现有技术，惯性测量单元12设置在四足机器人1上，惯性测量单元12优选设置在四足机器人1的躯体中部，惯性测量单元12用于获取四足机器人1的翻滚角信息和俯仰角信息，翻滚角信息为四足机器人1的翻滚角，俯仰角信息为四足机器人1的俯仰角。四个运动足11均设置在四足机器人1上，每一个运动足11均包括一个足端114和多个关节，关节电机14的数量为多个，关节电机14用于驱动运动足11的关节转动，为了使每一个关节均能独立转动，优选地，每一个关节均对应于一个关节电机14，即运动足11的关节的数量与关节电机14的数量相同，且每个关节电机均具有对应的期望位置和期望力矩。四个足端力传感器13分别设置在四个运动足11的足端114上，足端力传感器13用于获取足端114的作用力信息，该作用力信息为足端114与地面接触时地面施加给足端114的作用力。应当理解的是，由于不同的足端力传感器13分别用于获取不同运动足11的作用力信息，而足端力传感器13的数量为四个，因此作用力信息的数量也为四个。
27.步骤s1中，真实位置为关节电机14实际转动到的位置，步骤s1基于关节电机14的编码器直接获取每个关节电机14的真实位置，真实电流为关节电机14转动过程中产生的电流，真实力矩为关节电机14实际产生的输出力矩，步骤s1根据真实电流生成真实力矩为现有技术，此处不再进行详细论述。
28.步骤s2中，异常运动状态为四足机器人1无法正常运动时对应的状态，异常运动状态包括失衡状态、足端受阻状态和倾覆状态这三种类型，失衡状态对应于四足机器人1运动速度过快或运动足11的足端114打滑等四足机器人1稳定性下降的情况，足端受阻状态对应于运动足11的足端114卡在地面或障碍物阻碍运动足11的足端114正常摆动等足端114无法正常摆动的情况，倾覆状态对应于由于外力撞击或障碍物阻碍而导致四足机器人1存在倾覆风险的情况。期望位置和期望力矩为基于现有的四足机器人1平衡算法根据四足机器人1的运动控制指令生成的数据，该运动控制指令能反映四足机器人1的目标动作，期望位置为四足机器人1正常运动（即完成目标动作）时关节电机14转动到的位置，期望力矩为四足机器人1正常运动（即完成目标动作）时关节电机14产生的输出力矩。步骤s2的工作原理为：根据翻滚角信息和俯仰角信息能分析四足机器人1是否存在倾覆的风险，根据作用力信息能分析四足机器人1是否发生打滑，根据真实位置、真实力矩、期望位置和期望力矩能分析关节电机14是否驱动关节正常转动，因此步骤s2能根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩检测四足机器人1是否处于异常运动状态，并在四足机器人1处于异常运动状态时获取异常运动状态的类型。步骤s2相当于实时根据四足机器人1的各项参数检测四足机器人1的运动状态是否出现异常，并在检测到运动状态出现异常时根据各项参数确定四足机器人1的具体异常运动状态。
29.步骤s3的预设指令为在避免四足机器人1发生倾覆的情况下，用于消除异常运动状态的指令，由于不同类型的异常运动状态对应于不同的异常情况，而消除不同的异常情况所需要执行的指令不同，因此每一种类型的异常运动状态均对应于一种预设指令。步骤s3相当于在检测到四足机器人1处于异常运动状态时，通过四足机器人1自身消除异常运动状态。应当理解的是，在关节电机14执行预设指令后，若检测到四足机器人1仍处于异常运动状态（即四足机器人1自身无法消除异常运动状态），则需要采用人工的方式消除异常运动状态。
30.该实施例的工作原理为：根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态，在检测到四足机器人1处于异常运动状态时自动获取异常运动状态的类型并控制关节电机14执行与该类型对应的预设指令，以消除异常运动状态，即该方法能够自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态和在四足机器人1处于异常运动状态时通过关节电机14消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人1进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人1倾覆而对四足机器人1本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人1自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人1自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人1发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
31.本技术提供的一种四足机器人运动保护方法，自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态和在四足机器人1处于异常运动状态时通过关节电机14消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人1进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人1倾覆而对四足机器人1本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人1自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人1自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人1发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
32.在一些实施例中，失衡状态满足第一条件，第一条件为：，足端受阻状态满足第二条件，第二条件为：，倾覆状态满足第三条件，第三条件为：，正常运动状态满足第四条件，第四条件为：；其中，||为或运算符，&&为与运算符，roll表示翻滚角信息，roll
max,1
表示预设的第一翻滚角阈值，roll
max,2
表示预设的第二翻滚角阈值，pitch表示俯仰角信息，pitch
max,1
表示预设的第一俯仰角阈值，pitch
max,2
表示预设的第二俯仰角阈值，δp表示期望位置与真实位置的差值的绝对值，δp
max,1
表示预设的第一关节位置偏差阈值，δp
max,2
表示预设的第二关节位置偏差阈值，表示期望力矩与真实力矩的差值的绝对值，表示预设的第一
关节力矩偏差阈值，表示预设的第二关节力矩偏差阈值，f
x
表示作用力信息在x方向上的分量（参考图2），fy表示作用力信息在y方向上的分量（参考图2），fz表示作用力信息在z方向上的分量（参考图2），μ|fz|表示摩擦锥。该实施例中，第一翻滚角阈值为四足机器人1正常运动时允许的最大翻滚角，第二翻滚角阈值为四足机器人1存在倾覆风险时的最小翻滚角，第一俯仰角阈值为四足机器人1正常运动时允许的最大俯仰角，第二俯仰角阈值为四足机器人1存在倾覆风险时的最小俯仰角，第一关节位置偏差阈值为四足机器人1正常运动时期望位置和真实位置之间允许的最大偏差，第二关节位置偏差阈值为四足机器人1的足端114受阻时期望位置和真实位置之间的最小偏差，第一关节力矩偏差阈值为四足机器人1正常运动时期望力矩和真实力矩之间允许的最大偏差，第二关节力矩偏差阈值为四足机器人1的足端114受阻时期望力矩和真实力矩之间的最小偏差。
33.该实施例的工作原理为：失衡状态对应于四足机器人1运动速度过快或运动足11的足端114打滑等四足机器人1稳定性下降的情况，由于四足机器人1运动速度过快可能是由于关节电机14转速过快造成的，此时真实位置与期望位置的偏差会略大于第一关节位置偏差阈值或真实力矩与期望力矩的偏差会略大于第一关节力矩偏差阈值（即或），而足端114打滑对应于，且在四足机器人1稳定性下降时，四足机器人1可能会发生倾斜，此时翻滚角信息会略大于第一翻滚角阈值或俯仰角信息略大于第一俯仰角阈值（即或），因此在四足机器人1的各项参数满足第一条件中的任意一项时，就可以认为四足机器人1处于失衡状态；足端受阻状态对应于足端114无法正常摆动的情况，而足端114无法正常摆动会导致关节电机14无法正常转动，此时真实位置与期望位置的偏差会远大于第一关节位置偏差阈值或真实力矩与期望力矩的偏差会远大于第一关节位置偏差阈值（即或），因此在真实位置与期望位置的偏差或真实力矩与期望力矩的偏差满足第二条件中的任意一项时，就可以认为四足机器人1处于足端受阻状态；倾覆状态对应于四足机器人1存在倾覆风险的情况，此时翻滚角信息远大于第一翻滚角阈值或俯仰角信息远大于第一俯仰角阈值（即或），因此在翻滚角信息或俯仰角信息满足第三条件中的任意一项时，就可以认为四足机器人1处于倾覆状态。应当理解的是，由于作用力信息的数量为4个，真实力矩和真实位置的数量均为多个，因此在任意一个作用力信息满足第一条件或任意一个期望力矩与真实力矩的偏差满足第一条件或任意一个期望位置与真实位置的偏差满足第一条件时，则认为四足机器人1处于失衡状态；在任意一个期望力矩与真实力矩的偏差满足第二条件或任意一个期望位置与真实位置的偏差满足第二条件时，则认为四足机器人1处于足端受阻状态；在翻滚角信息、俯仰角信息、所有作用力信息、所有期望力矩与真实力矩的偏差和所有期望力矩与真实力矩的偏差均满足第四条件时，则认为四足机器人1处于正常运动状态。
34.在一些实施例中，步骤s2包括步骤：s21、根据第一条件检测四足机器人1是否处于失衡状态，若是，则执行步骤s3，若否，则执行步骤s22；s22、根据第三条件检测四足机器人1是否处于倾覆状态，若是，则执行步骤s3，若
否，则执行步骤s23；s23、根据第二条件检测四足机器人1是否处于足端受阻状态，若是，则执行步骤s3，若否，则返回步骤s1。
35.在一些实施例中，异常运动状态为失衡状态，预设指令包括以下步骤：降低关节电机14的转速以降低四足机器人1的运动速度，并提高关节电机14的占空比。
36.由于失衡状态对应于四足机器人1稳定性下降的情况，因此该实施例通过降低关节电机14的转速的方式来降低四足机器人1的运动速度，以消除由于四足机器人1的运动速度过快而导致的失衡状态，且该实施例通过提高关节电机14的占空比的方式增加每个步态周期（同一足端114由离地到再次着地的行进过程）内的足端支撑时间，以提高四足机器人1的稳定性，即该实施例通过降低四足机器人1的运动时间和提高四足机器人1的稳定性的方式来消除失衡状态。
37.在一些实施例中，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4、在降低运动速度和提高占空比后，根据预设的间隔时间周期性地检测对应间隔时间内翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩是否满足第四条件，若是，则控制四足机器人1切换至正常运动状态并返回步骤s1，若否，则控制四足机器人1保持失衡状态并生成第一报警信息。
38.该实施例的间隔时间为预设值，本领域技术人员能够根据实际需要改变间隔时间的大小。该实施例的工作原理为：若在间隔时间内四足机器人1的各项参数满足第四条件，则视失衡状态已被消除，因此可以控制四足机器人1切换至正常运动状态并持续获取四足机器人1的各项参数（即返回步骤s1）；若在间隔时间内四足机器人1的各项参数不满足第四条件，则视失衡状态无法被消除，四足机器人1无法在当前运动环境下正常运动，因此需要控制四足机器人1保持失衡状态和生成第一报警信息，第一报警信息用于提醒用户重置四足机器人1的参数，以使四足机器人1在当前运动环境下正常运动。应当理解的是，由于失衡状态对应于四足机器人1稳定性下降的情况，因此在通过降低运动速度和提高占空比的方式提高四足机器人1的稳定性后，即使失衡状态无法被消除，四足机器人1也可以继续执行任务（例如巡检任务和运输任务），该实施例相当于在四足机器人1切换至失衡状态后，周期性地检测失衡状态是否被消除，若是，则控制四足机器人1以正常运动状态执行任务，若否，则控制四足机器人1以低速执行任务。
39.在一些实施例中，四足机器人1存储有实际检测周期信息，步骤s4包括步骤：s41、在降低运动速度和提高占空比后，根据预设的间隔时间周期性地检测对应间隔时间内的翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩是否满足第四条件，若是且实际检测周期信息小于预设的检测周期阈值，则控制四足机器人1切换至正常运动状态并返回步骤s1，若否且实际检测周期信息大于等于检测周期阈值，则控制四足机器人1保持失衡状态并生成第一报警信息。
40.实际检测周期信息为检测四足机器人1的各项参数在间隔时间内是否满足第四条件的周期数，实际检测周期信息能反映检测四足机器人1的各项参数在间隔时间内是否满足第四条件的次数，实际检测周期信息的初始值为0，每检测一次四足机器人1的各项参数在间隔时间内是否满足第四条件，实际检测周期信息就加1。检测周期阈值为预设值，检测
周期阈值为检测四足机器人1的各项参数在间隔时间内是否满足第四条件的最大次数。以间隔时间为15s和检测周期阈值为4为例，该实施例每隔15s检测在当前周期内四足机器人1的各项参数是否满足第四条件，若是且实际检测周期信息小于4，则控制四足机器人1切换至正常运动状态并返回步骤s1；若否，且实际检测周期信息大于等于4，则控制四足机器人1保持失衡状态并生成第一报警信息，该实施例相当于在60s（检测周期阈值与间隔时间的乘积）内每隔15s检测一次失衡状态是否被消除。由此可见，该实施例相当于在四足机器人1切换至失衡状态后，在一段时间内周期性地检测失衡状态是否被消除，若是，则控制四足机器人1以正常运动状态执行任务，若否，则控制四足机器人1以低速执行任务。
41.在一些实施例中，异常运动状态为足端受阻状态，预设指令包括以下步骤：基于逆运动学分别计算每个运动足11的雅可比矩阵，并分别根据雅可比矩阵和预设的足端作用力获取各个关节电机14的施加力矩；根据施加力矩调节对应的关节电机14的输出力矩，以使四足机器人1停止移动。
42.基于逆运动学计算运动足11的雅可比矩阵为现有技术，此处不再进行详细论述，每一个运动足11均对应于一个雅可比矩阵，因此雅可比矩阵的数量与运动足11的数量相同。由于每个运动足11均包括多个关节，每一个关节均对应于一个关节电机14，而该实施例需要向不同关节施加不同的力矩才能使四足机器人1停止移动，因此需要分别根据雅可比矩阵和预设的足端作用力获取各个关节电机14的施加力矩，该施加力矩为关节电机14为使四足机器人1停止移动且稳定站立所需要产生的输出力矩。在获取到各个关节电机14的施加力矩后，根据施加力矩调节对应的关节电机14，以使关节电机14产生与施加力矩对应的输出力矩，从而使四足机器人1停止移动且稳定站立。具体地，运动足11包括依次序连接的肩关节111、髋关节112和膝关节113，肩关节111、髋关节112和膝关节113由三个关节电机14分别驱动，以根据雅可比矩阵和预设的足端作用力计算其中一个运动足11上的三个关节电机14的施加力矩为例，其计算公式如下式所示：
43.其中，表示肩关节111对应的关节电机14的施加力矩，表示髋关节112对应的关节电机14的施加力矩，表示膝关节113对应的关节电机14的施加力矩，j表示雅可比矩阵，j
t
表示雅可比矩阵的转置矩阵，f表示预设的足端作用力，m表示四足机器人1的整机质量，g表示重力加速度。
44.在一些实施例中，运动足11包括依次序连接的肩关节111、髋关节112和膝关节113，肩关节111、髋关节112和膝关节113由三个关节电机14分别驱动，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4’、在四足机器人1停止移动的时间大于等于第一预设时间阈值时，按照肩关节111、髋关节112和膝关节113的顺序控制对应的关节电机14正转或反转；s5、在关节电机14正转或反转时，若期望力矩与真实力矩的差值的绝对值和/或期望位置与真实位置的差值的绝对值满足第二条件，则控制关节电机14停止正转或反转并生成第二报警信息，若翻滚角信息和/或俯仰角信息满足第三条件，则控制关节电机14停止正
转或反转和将异常运动状态的类型更新为倾覆状态，并返回步骤s3，在所有关节电机14正转或反转的过程中，若翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩均满足第四条件，则控制四足机器人1切换至正常运动状态。
45.步骤s4’的第一预设时间阈值为预设值，本领域技术人员能够根据实际需要改变第一预设时间阈值的大小，若四足机器人1停止移动的时间大于等于第一预设时间阈值，则视四足机器人1处于静止状态；若四足机器人1停止移动的时间小于第一预设时间阈值，则视四足机器人1处于非静止状态。优选地，该实施例还可以根据关节电机14返回的速度信息、预设的速度阈值和第一预设时间阈值检测四足机器人1是否处于静止状态，具体地，速度阈值为四足机器人1处于静止状态时各关节电机14的最大速度，若所有速度信息均小于速度阈值后的计时时间大于等于第一预设时间阈值，则视四足机器人1处于静止状态；若所有速度信息均小于速度阈值后的计时时间小于第一预设时间阈值，则视四足机器人1处于非静止状态。
46.该实施例的工作原理为：足端受阻状态对应于足端114无法正常摆动的情况，在四足机器人1处于静止状态后，该实施例分别对每个运动足11按照肩关节111、髋关节112和膝关节113的顺序控制对应的关节电机14正转或反转以检测各关节是否能正常运动，从而检测各运动足11的足端114是否能正常摆动（即是否能消除足端受阻状态），由于四足机器人1处于站立状态，而关节电机14的正转或反转时可能会出现由于四足机器人1的姿态改变而导致四足机器人1倾覆的情况，因此在关节电机14的正转或反转过程中，需要持续检测四足机器人1的各项参数是否满足第二条件或第三条件，若满足第二条件，则视足端受阻状态无法被消除，此时控制关节电机14停止正转或反转并生成第二报警信息，该第二报警信息用于提醒用户需要通过人工的方式消除异常运动状态；若满足第三条件，则视四足机器人1存在倾覆的风险，此时控制关节电机14停止正转或反转和将异常运动状态的类型更新为倾覆状态，并执行与倾覆状态对应的预设指令（即返回步骤s3）；在所有关节电机14正转或反转过程中，若四足机器人1的各项参数满足第四条件，则视足端受阻状态已被消除，此时需要控制四足机器人1切换至正常运动状态，以使四足机器人1继续执行任务。应当理解的是，在控制其中一个运动足11上的关节电机14正转或反转时，该实施例利用现有的平衡控制算法调节其他三个运动足11，以使四足机器人1保持平衡。
47.在一些实施例中，异常运动状态为倾覆状态，预设指令包括以下步骤：将所有关节电机14的位置指令、速度指令以及刚度系数均设置为0，并将所有关节电机14的阻尼设置为非零常数，以使四足机器人1缓慢趴下。
48.在一些实施例中，运动足11包括依次序连接的肩关节111、髋关节112和膝关节113，肩关节111、髋关节112和膝关节113由三个关节电机14分别驱动，四足机器人运动保护方法还包括步骤：s4
’’
、在四足机器人1的趴下时间大于等于第二预设时间阈值时，按照肩关节111、髋关节112和膝关节113的顺序控制对应的关节电机14正转或反转；s5’、检测在所有关节电机14正转或反转的过程中翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、预设的期望位置和预设的期望力矩是否均满足第四条件，若是，则控制四足机器人1切换至正常运动状态，若否，则控制四足机器人1保持趴下状态并生成第二报警信息。
49.步骤s4
’’
的第二预设时间阈值为预设值，本领域技术人员能够根据实际需要改变第二预设时间阈值的大小，若四足机器人1停止移动的时间大于等于第二预设时间阈值，则视四足机器人1处于静止状态；若四足机器人1停止移动的时间小于第二预设时间阈值，则视四足机器人1处于非静止状态。优选地，该实施例还可以根据关节电机14返回的速度信息、预设的速度阈值和第二预设时间阈值检测四足机器人1是否处于静止状态，具体地，速度阈值为四足机器人1处于静止状态时各关节电机14的最大速度，若所有速度信息均小于速度阈值后的计时时间大于等于第二预设时间阈值，则视四足机器人1处于静止状态；若所有速度信息均小于速度阈值后的计时时间小于第二预设时间阈值，则视四足机器人1处于非静止状态。
50.该实施例的工作原理为：在四足机器人1处于静止状态后，该实施例按照肩关节111、髋关节112和膝关节113的顺序控制对应的关节电机14正转或反转，以检测各关节是否能正常运动，在所有关节电机14的正转或反转过程中，若四足机器人1的各项参数满足第四条件，则视倾覆状态已被消除，此时需要通过关节电机14使四足机器人1恢复站立状态和控制四足机器人1切换至正常运动状态，以使四足机器人1继续执行任务；若四足机器人1的各项参数不满足第四条件，则视倾覆状态无法被消除，此时需要控制关节电机14停止正转或反转并生成第二报警信息，该第二报警信息用于提醒用户需要通过人工的方式消除异常运动状态。
51.由上可知，本技术提供的一种四足机器人运动保护方法，自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态和在四足机器人1处于异常运动状态时通过关节电机14消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人1进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人1倾覆而对四足机器人1本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人1自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人1自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人1发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
52.第二方面，如图3所示，本技术还提供了一种四足机器人运动保护系统，其包括：四足机器人1，其包括惯性测量单元12、四个运动足11、四个足端力传感器13和多个关节电机14，关节电机14用于驱动运动足11的关节转动，惯性测量单元12用于获取四足机器人1的翻滚角信息和俯仰角信息，四个足端力传感器13分别设置在四个运动足11的足端114，足端力传感器13用于获取足端114的作用力信息；控制器2，与惯性测量单元12、足端力传感器13和关节电机14电性连接；控制器2用于基于关节电机14的编码器获取关节电机14的真实位置，并根据关节电机14的真实电流生成真实力矩；控制器2还用于根据翻滚角信息、俯仰角信息、作用力信息、真实位置、真实力矩、期望位置和期望力矩检测四足机器人1是否处于异常运动状态，并在四足机器人1处于异常运动状态时获取异常运动状态的类型，异常运动状态包括失衡状态、足端受阻状态和倾覆状态；控制器2还用于在检测到四足机器人1处于异常运动状态时，根据异常运动状态的类型控制关节电机14执行对应的预设指令，预设指令用于消除对应类型的异常运动状态。
53.本技术实施例提供了一种四足机器人运动保护系统，该系统的工作原理与上述第
一方面提供的一种四足机器人运动保护方法的工作原理相同，此处不再进行详细论述。
54.本技术提供的一种四足机器人运动保护系统，自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态和在四足机器人1处于异常运动状态时通过关节电机14消除异常运动状态，因此该系统能够对四足机器人1进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人1倾覆而对四足机器人1本体和周围环境造成损害的情况，且由于该系统能通过四足机器人1自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人1自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该系统能有效地降低四足机器人1发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
55.由上可知，本技术提供的一种四足机器人运动保护方法及系统，自动检测四足机器人1是否处于异常运动状态和在四足机器人1处于异常运动状态时通过关节电机14消除异常运动状态，因此该方法能够对四足机器人1进行主动保护，从而有效地避免出现由于四足机器人1倾覆而对四足机器人1本体和周围环境造成损害的情况，且由于该方法能通过四足机器人1自身消除异常运动状态，且只有在四足机器人1自身无法消除异常运动状态时才需要采用人工的方式消除异常运动状态，因此相较于现有技术，该方法能有效地降低四足机器人1发生异常运动状态后的人工参与度，从而有利于构建无人化场景。
56.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，上述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个机器人，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
57.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以上升至一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
58.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
59.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
60.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。