在导纳控制中设备的传感器异常检测方法和装置

技术领域

本申请涉及传感器异常检测技术领域，例如涉及一种在导纳控制中设备的传感器异常检测方法和装置。

背景技术

目前，一些设备设置有力传感器以检测用户施加的力，然后再根据该检测受力对设备进行控制。具体地，将检测受力输入至导纳控制算法中，导纳控制算法可计算出与该检测受力对应的预期位置，之后再根据该预期位置对设备进行控制。

在实现本申请实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：

传感器出现异常，容易导致设备无法正常工作，通常在传感器检测的数据超出了传感器的检测范围时再报错，或者，在传感器本体出现故障时再报错。在如下情况下，例如传感器老化、传感器所处环境出现变化等，此时传感器未出现故障，并且传感器检测的数据也未超出传感器的检测范围，但传感器所检测的数据与真实数据之间的对应关系出现较大偏差，例如传感器所检测数据与真实数据之间的差值，超出了设备设计精度所允许的范围，仍会导致设备无法按照预期工作，此时并未确认传感器出现异常，进而不会触发传感器异常报警，容易导致设备持续在非预期状态下运行，或者，在设备出现异常后，增加了故障排查难度。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本申请实施例提供了一种在导纳控制中设备的传感器异常检测方法和装置，以在传感器所检测的数据与真实数据之间的对应关系出现较大偏差时，确认传感器出现异常。

在一些实施例中，在导纳控制中设备的传感器异常检测方法包括：

通过设置在设备的人机交互结构处的第一传感器获得当前检测受力，通过第二传感器获得设备的当前检测运动状态，通过第三传感器获得设备的当前检测输出力；所述当前检测输出力对应的当前实际输出力，是根据导纳控制算法所计算出的上一个检测受力和上一个检测运动状态对应的输出力，所述上一个检测受力是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过所述第一传感器获得的，所述上一个检测运动状态是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过所述第二传感器获得的；

将所述当前检测运动状态输入至设备的本体动力学模型，获得所述本体动力学模型输出的与所述当前检测运动状态对应的当前需求力；

在当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，确定所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器三者中至少一个出现异常；

其中，所述当前计算受力与所述当前需求力、所述当前检测输出力对应。

可选地，所述预设范围是通过如下方式确定的：获得设备的噪声干扰；确定与所述噪声干扰对应的偏差阈值；根据所述偏差阈值确定所述预设范围，使所述预设范围的上限值大于或等于所述偏差阈值，所述预设范围的下限值小于或等于所述偏差阈值的相反数。

可选地，所述预设范围是通过如下方式确定的：计算设备在预设碰撞时长内由预设最大速度减速至零，所需的第一作用力；确定所述第一作用力和安全受力阈值的第二力差值；在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系；所述预设运动状态包括减速运动状态和/或静止状态，所述跟踪对应关系与所述预设运动状态对应；根据所述跟踪对应关系，确定所述第二力差值对应的预设检测受力；根据所述安全受力阈值与预设检测受力的第三力差值确定所述预设范围，使所述预设范围的上限值小于或等于所述第三力差值，所述预设范围的下限值大于或等于第三力差值的相反数；其中，所述安全受力阈值为所述人机交互结构处人体的安全受力阈值。

可选地，在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系，包括：在设备减速运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系，所述减速运动状态下设备的速度不为零；和/或，在设备静止状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第二对应关系。

可选地，根据所述跟踪对应关系，确定所述第二力差值对应的预设检测受力，包括：根据第一对应关系，确定所述第二力差值对应的第一检测受力，将所述第一检测受力作为所述预设检测受力；或者，根据第二对应关系，确定所述第二力差值对应的第二检测受力，将所述第二检测受力作为所述预设检测受力；或者，根据第一对应关系确定所述第二力差值对应的第一检测受力，根据第二对应关系确定所述第二力差值对应的第二检测受力，根据所述第一检测受力和所述第二检测受力确定所述预设检测受力，所述预设检测受力用于反映所述第一检测受力和所述第二检测受力的集中趋势。

可选地，所述当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值是否满足所述预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算所述当前需求力与所述当前检测输出力的差值，以获得所述当前计算受力，判断所述当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件。

可选地，所述当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值是否满足所述预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算所述当前需求力与所述当前检测受力的差值，以获得当前计算输出力，如果所述当前计算输出力与所述当前检测输出力的差值满足所述预设范围的约束条件，则确定所述第一力差值满足所述预设范围的约束条件；如果所述当前计算输出力与所述当前检测输出力的差值不满足所述预设范围的约束条件，则确定所述第一力差值不满足所述预设范围的约束条件。

可选地，所述当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值是否满足所述预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算所述当前检测受力与所述当前检测输出力的和，以获得当前计算合力，如果所述当前计算合力与所述当前需求力的差值满足所述预设范围的约束条件，则确定所述第一力差值满足所述预设范围的约束条件；如果所述当前计算合力与所述当前需求力的差值不满足所述预设范围的约束条件，则确定所述第一力差值不满足所述预设范围的约束条件。

可选地，所述当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的确定，包括：获得所述当前检测受力的当前受力变化率；根据所述当前受力变化率确定偏移方向和偏移量；所述偏移方向与所述当前受力变化率的正负号对应，所述偏移量与所述当前受力变化率的绝对值正相关；根据所述偏移方向和所述偏移量，对所述预设范围进行移位；如果所述第一合力的数值不属于偏移后的预设范围，则确定所述当前计算受力与所述当前计算受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件。

可选地，在通过所述当前检测受力减去所述当前计算受力以获得第一力差值的情况下，如果所述当前受力变化率为正数，则确定所述偏移方向为使所述预设范围数值增大的方向；如果所述当前受力变化率为负数，则确定所述偏移方向为使所述预设范围数值减小的方向。

可选地，在通过所述当前计算受力减去所述当前检测受力以获得第一力差值的情况下，如果所述当前变化率为正数，则确定所述偏移方向为使所述预设范围在数值上减小的方向；如果所述当前受力变化率为负数，则确定所述偏移方向为使所述预设范围在数值上增大的方向。

可选地，根据所述偏移方向和所述偏移量，对所述预设范围进行移位，包括：如果所述偏移方向为使所述预设范围数值增大的方向，则计算所述预设范围中每个数值加上所述偏移量的和，将若干和构成的数值范围作为所述偏移后的预设范围；如果所述偏移方向为使所述预设范围数值减小的方向，则计算所述预设范围中每个数值减去所述偏移量的差值，将若干差值构成的数值范围作为所述偏移后的预设范围。

在一些实施例中，在导纳控制中设备的传感器异常检测装置，包括：第一获得模块、第二获得模块和确定模块；

所述第一获得模块用于通过设置在设备的人机交互结构处的第一传感器获得当前检测受力，通过第二传感器获得设备的当前检测运动状态，通过第三传感器获得设备的当前检测输出力；所述当前检测输出力是根据导纳控制算法，所计算出的上一个检测受力和上一个检测运动状态对应的输出力，所述上一个检测受力是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过所述第一传感器获得的，所述上一个检测运动状态是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过所述第二传感器获得的；

所述第二获得模块用于将所述当前检测运动状态输入至设备的本体动力学模型，获得所述本体动力学模型输出的与所述当前检测运动状态对应的当前需求力；

所述确定模块用于在当前计算受力与所述当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，确定所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器三者中至少一个出现异常；

其中，所述当前计算受力与所述当前需求力、所述当前检测输出力对应。

在一些实施例中，在导纳控制中设备的传感器异常检测装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行前述实施例提供的在导纳控制中设备的传感器异常检测方法。

本申请实施例提供的在导纳控制中设备的传感器异常检测方法和装置，可以实现以下技术效果：

在导纳控制中，首先通过人机交互结构处的第一传感器获得设备的当前检测受力(例如用户施加给设备的力)，再基于当前检测受力，确定设备的预期运动状态(如预期速度、预期位置等)，最后再根据对应的跟踪器(如速度跟踪器、位置跟踪器等)使设备的当前检测运动状态跟踪该预期运动状态。在这个过程中，设备需要输出一定的力，当前设备输出力与用户施加给设备的力共同作用在设备上，共同促使设备的当前检测运动状态跟踪预期运动状态。

设备本体动力学模型用于描述设备所受合力与设备运动状态之间的对应关系，基于设备本体动力学模型可获得与当前检测运动状态对应的当前需求力，在当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，表示当前检测运动状态、当前检测受力以及当前检测输出力这三个检测量之间不存在正确的对应关系，能够表示第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个所检测的数据与真实数据之间的对应关系出现了较大偏差，此时确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常。

以第一传感器所获得当前检测受力、第二传感器获得的当前检测运动状态、第三传感器获得当前检测输出力这三者是否满足对应关系，来判断传感器是否出现异常，如果某个传感器检测数据出现异常，即使该一个传感器所获得数据仍在该一个传感器的检测范围内，也将导致上述对应关系出现异常，进而确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常，以减少出现设备在非预期状态下继续运行的现象，并在设备出现异常后，容易判断是否为传感器异常，降低了故障排查难度。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或一个以上实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件视为类似的元件，并且其中：

图1是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测方法的流程示意图；

图2是本申请实施例提供的一种确定预设范围的过程示意图；

图3是本申请实施例提供的另一种确定预设范围的过程示意图；

图4是本申请实施例提供的一种确定当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的过程示意图；

图5是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测装置的示意图；

图6是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测装置的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本申请实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本申请实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本申请实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或一个以上实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个以上。

本申请实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

在本申请实施例中，术语“设备”指的是具备人机交互功能的设备，也可称为机器人。

该设备能够实现柔顺控制。柔顺控制包括主动柔顺控制和被动柔顺控制。主动柔顺是指设备能够基于力的反馈信息，采用一定的控制策略去主动控制作用力，例如具备负重功能的外骨骼机器人，能够提供助力以完成某个指定动作的康复机器人等；被动柔顺指的是设备能够凭借一些辅助的柔顺机构，在与环境接触时能够对外部作用产生自然顺从，例如用手推机器人末端，机器人末端顺从手施加的力，从一个位置移动到另外一个位置，在该另外一个位置处，手离开机器人末端，机器人末端稳定在该另外一个位置。

该柔顺控制可通过导纳控制算法实现。

导纳控制算法的原理如下：

其中，F为设备检测到的受力，M为设备的期望惯性参数，B为设备的期望阻尼参数，K为设备的期望刚度参数，x为设备末端的位置差值，

在本申请实施例中，术语“力”表示广义力，是与广义坐标对应的力。如果广义坐标为线位移，广义力的量纲为N；如果广义坐标为角位移，广义力的量纲为N·m。

在本申请实施例中，术语“运动状态”包括位置/角度、速度/角速度、加速度/角加速度。

在本申请实施例中，设备末端包括设备的人机交互结构。

图1是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测方法的流程示意图。该传感器异常检测方法可在设备的控制器中实现，也可在独立安装在设备上的控制器实现。

结合图1所示，在导纳控制中设备的传感器异常检测方法，包括：

S101、通过设置在设备的人机交互结构处的第一传感器获得当前检测受力，通过第二传感器获得设备的当前检测运动状态，通过第三传感器获得设备的当前检测输出力。

在本申请实施例中，以设备具体化为上肢康复机器人为例，对在导纳控制中设备的传感器异常检测方法进行示例性说明。

上肢康复机器人包括桌面以及可移动手柄，手柄能够在桌面所限定的二维空间中移动。

上述上肢康复机器人不对设备的具体指代含义构成实质限定，本领域技术人员可根据具体应用场景为设备赋予具体含义。

人机交互结构指的是在用户与设备的交互过程中，设备的关键受力点，例如在上肢康复机器人中，人机交互结构为手柄。

本申请实施例中的当前检测受力，当前检测运动状态，以及当前检测输出力，其描述对象为人机交互结构：当前检测受力指的是当前时刻设备之外的对象施加给人机交互结构的力，当前检测运动状态指的是当前时刻人机交互结构的运动状态，当前检测输出力指的是当前时刻设备施加给人机交互结构的力。

在设备为上肢康复机器人的情况下，人机交互结构指的是手柄。这里对人机交互结构进行了示例性解释，在具体应用场景中，本领域技术人员可根据实际情况，确定与设备功能、结构对应的人机交互结构。

前述第一传感器可为力传感器，用于直接检测设备的人机交互结构处的受力；或者，第一传感器可为能够间接检测力的传感器。第一传感器的数量可为一个或多个。

第二传感器可为位置传感器/角度传感器、速度传感器/角速度传感器、加速度传感器/角加速度传感器中的一个或多个。

第三传感器可为力传感器，用于直接检测当前检测输出力；或者，第三传感器为能够间接检测力的传感器，例如，检测电机功率与电机转速，通过电机功率和电机转速计算电机的扭矩。第三传感器的数量可为一个或多个。

当前检测输出力对应的当前实际输出力，是根据导纳控制算法所计算出的上一个检测受力和上一个检测运动状态对应的输出力，上一个检测受力是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第一传感器获得的，上一个检测运动状态是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第二传感器获得的。

其中，设备的当前运动状态是通过如下过程产生的：

在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻，通过第一传感器获得上一个检测受力，通过第二传感器获得上一个检测运动状态，以及通过第三传感器获得上一个检测输出力；

根据导纳控制算法，获得上一个检测受力和上一个检测运动状态二者对应的当前设定运动状态；

根据上一个检测运动状态和当前设定运动状态，确定设备的上一个控制指令，以使上一个检测运动状态能够跟踪当前设定运动状态；

设备执行上一个控制指令后，所呈现的运动状态，即为当前运动状态。

可选地，根据上一个检测运动状态和当前设定运动状态，确定设备的上一个控制指令，包括：获得上一个检测运动状态和当前设定运动状态的运动状态差值，将运动状态差值输入至运动跟踪器，获得运动跟踪器输出的与运动状态差值对应的上一个控制指令。

S102、将当前检测运动状态输入至设备的本体动力学模型，获得本体动力学模型输出的与当前检测运动状态对应的当前需求力。

本体动力学模型通常包括位置方程、速度方程、加速度方程、力矩方程和惯性矩方程，位置方程用于描述位置随时间的变化情况，速度方程用于描述速度随时间的变化情况，加速度方程用于描述加速度随时间的变化情况，力矩方程用于描述力矩随时间的变化情况，惯性矩用于描述惯性矩随时间的变化情况。

本体动力学模型包括但不限于如下建立方式：牛顿-欧拉(Newton-Euler)方程法、拉格朗日(Lagrange)方程法、凯恩(Kane)方程法等。

本体动力学模型可解决正动力学问题和逆动力学问题，正动力学问题是基于本体动力学模型，根据设备的受力计算设备的运动状态；逆动力学问题是基于本体动力学模型，根据设备的运动状态计算达到该运动状态所需求的力。

在本申请实施例属于逆动力学问题：基于本体动力学模型，根据当前检测运动状态计算设备处于该当前运动状态所需的当前需求力。

S103、在当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常。

其中，当前计算受力与当前需求力、当前检测输出力对应。

可直接计算当前需求力与当前检测输出力的差值，以获得当前计算受力，直接判断当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件。

当前计算受力与当前需求力、当前检测输出力具有对应关系，基于该对应关系，还可通过如下方式确定判断当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件：

计算当前需求力与当前检测受力的差值，以获得当前计算输出力，如果当前计算输出力与当前检测输出力的差值满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值满足预设范围的约束条件；如果当前计算输出力与当前检测输出力的差值不满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值不满足预设范围的约束条件。

或者，通过如下方式确定判断当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件：

计算当前检测受力与当前检测输出力的和，以获得当前计算合力，如果当前计算合力与当前需求力的差值满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值满足预设范围的约束条件；如果当前计算合力与当前需求力的差值不满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值不满足预设范围的约束条件。

设置上述预设范围，与对设备的精密度要求相关。对设备的精密度要求越高，预设范围的数值越小，对设备的精密度要求越低，预设范围的数值越高。通常情况下，预设范围的上限值大于零，预设范围的下限值小于零。本领域技术人员可根据实际应用场景中对设备精密度的实际要求，确定符合实际要求的预设范围。

在导纳控制中，首先通过人机交互结构处的第一传感器获得设备的当前检测受力(例如用户施加给设备的力)，再基于当前检测受力，确定设备的预期运动状态(如预期速度、预期位置等)，最后再根据对应的跟踪器(如速度跟踪器、位置跟踪器等)使设备的当前检测运动状态跟踪该预期运动状态。在这个过程中，设备需要输出一定的力，当前设备输出力与用户施加给设备的力共同作用在设备上，共同促使设备的当前检测运动状态跟踪预期运动状态。

设备本体动力学模型用于描述设备所受合力与设备运动状态之间的对应关系，基于设备本体动力学模型可获得与当前检测运动状态对应的当前需求力，在当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，表示当前检测运动状态、当前检测受力以及当前检测输出力这三个检测量之间不存在正确的对应关系，能够表示第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个所检测的数据与真实数据之间的对应关系出现了较大偏差，此时确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常。

以第一传感器所获得当前检测受力、第二传感器获得的当前检测运动状态、第三传感器获得当前检测输出力这三者是否满足对应关系，来判断传感器是否出现异常，如果某个传感器检测数据出现异常，即使该一个传感器所获得数据仍在该一个传感器的检测范围内，也将导致上述对应关系出现异常，进而确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常，以减少出现设备在非预期状态下继续运行的现象，并在设备出现异常后，容易判断是否为传感器异常，降低了故障排查难度。

图2是本申请实施例提供的一种确定预设范围的过程示意图。结合图2所示，预设范围是通过如下方式确定的：

S201、获得设备的噪声干扰。

噪声干扰包括频率、振幅和相位随机变化的电子干扰。这样的电子干扰会导致传感器所检测的参数不够准确。

噪声干扰的单位可为电场强度V/m、磁场强度A/m或者功率通量密度W/m

S202、确定与噪声干扰对应的偏差阈值。

偏差阈值与噪声干扰的严重程度具有正相关关系。噪声干扰的严重程度越大，偏差阈值越大；噪声干扰的严重程度越小，偏差阈值越小。通常情况下，噪声干扰的具体数值越大，噪声干扰的严重程度越大；噪声干扰的严重程度越小，噪声干扰的严重程度越小。

偏差阈值用于量化噪声干扰对第一传感器、第二传感器和第三传感器的不利影响。本领域技术人员可根据经验或试验的方式，确定噪声干扰与偏差阈值的具体对应关系。

噪声干扰与偏差阈值的对应关系可预先存储在数据库中，在获得噪声干扰之后，通过查询数据库，即可获得与噪声干扰对应的偏差阈值。

S203、根据偏差阈值确定预设范围，使预设范围的上限值大于或等于偏差阈值，预设范围的下限值小于或等于偏差阈值的相反数。

上述技术方案中的偏差阈值能够表示噪声干扰对第一传感器、第二传感器以及第三传感器的不利影响，再根据偏差阈值确定预设范围，在设备应用场景中存在噪声干扰的情况下，不容易将噪声干扰误判为传感器出现异常，提高了传感器异常检测方法的准确性。

图3是本申请实施例提供的另一种确定预设范围的过程示意图。结合图3所示，预设范围是通过如下方式确定的：

S301、计算设备在预设碰撞时长内由预设最大速度减速至零，所需的第一作用力。

在设备的人机交互结构的运动范围中，可能设置有设备的其他结构，或者，设置有与设备配合使用的其他组件，这导致人机交互结构与其他结构或组件之间，存在碰撞伤人的风险；或者，设备的人机交互结构存在一定的运动轨道，在该运动轨道为裸露的情况下，存在伤人的风险。

例如在前述上述上肢康复机器人中，桌面边缘可设置有围挡结构，以限定手柄的移动范围，围挡结构与手柄存在碰撞的风险，导致用户手部存在受伤的风险。

在本申请实施例中，预设碰撞时长用于表示人机交互结构在与其他结构件/组件碰撞时，由运动状态渐变至停止状态所需的时长。

上述预设最大速度用于表示设备的人机交互结构的额定最大运动速度，或者，在具体应用场景中，预设最大速度用于表示该应用场景中的人机交互结构的最大运动速度，或者，预设最大速度用于表示设备的历史使用记录中的最大运动速度。

在本申请实施例中，预设碰撞时长和预设最大速度用于确定预设范围的上限值和下限值。预设碰撞时长越长，所确定的预设范围的上限值越小，下限值越大；预设碰撞时长越短，所确定的预设范围的上限值越大，下限值越小；预设最大速度越小，所确定的预设范围的上限值越小，下限值越大，预设最大速度越大，所确定的预设范围的上限值越大，下限值越小。

预设范围的上限值过大，下限值过小，容易出现风险；预设范围的上限值过小，下限值过大，容易导致出现误判断。本领域技术人员可根据实际情况，确定适当的预设碰撞时长和预设最大速度。

S302、确定第一作用力和安全受力阈值的第二力差值。

其中，安全受力阈值为人机交互结构处人体的安全受力阈值。例如，在设备为上肢康复机器人的情况下，用户用手握住手柄，则安全受力阈值为人机交互结构处手掌的安全受力阈值。

安全受力阈值小于能够导致人机交互结构处人体受伤的力；或者，安全受力阈值小于能够导致人机交互结构处人体明显不舒适的力，本领域技术人员可根据实际情况，确定容易导致人体明显不舒适的力。

S303、在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系。

跟踪对应关系，指的是设备输出力驱动设备运动，以跟踪检测受力对应的运动状态。

预设运动状态包括减速运动状态和/或静止状态，跟踪对应关系与预设运动状态对应。即，在设备减速运动状态下，导纳控制中设备输出力与检测受力具有一种对应关系；在设备静止状态下，导纳控制中设备输出力与检测受力具有另外一种对应关系，上述两种对应关系不相同。

具体地，在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系，包括：在设备减速运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系，减速运动状态下设备的速度不为零。

设备的减速状态为设备由预设最大速度减速至零的过程中的任一状态。例如，在设备的速度为预设最大速度，且检测受力与设备运动方向相反的情况下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系；或者，

在设备的速度大于零且小于预设最大速度，且检测受力与设备运动方向相反的情况下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系。

或者，在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系，包括：在设备静止状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第二对应关系。

或者，在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系，包括：在设备减速运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系，减速运动状态下设备的速度不为零；并且，在设备静止状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第二对应关系。

S304、根据跟踪对应关系，确定第二力差值对应的预设检测受力。

例如，在仅获得第一对应关系的情况下，可根据第一对应关系，确定第二力差值对应的第一检测受力，将第一检测受力作为预设检测受力。

或者，在仅获得第二对应关系的情况下，可根据第二对应关系，确定第二力差值对应的第二检测受力，将第二检测受力作为预设检测受力。

或者，在同时获得第一对应关系和第二对应关系的情况下，根据第一对应关系确定第二力差值对应的第一检测受力，根据第二对应关系确定第二力差值对应的第二检测受力，根据第一检测受力和第二检测受力确定预设检测受力。预设检测受力用于反映第一检测受力和第二检测受力的集中趋势。

其中，根据第一检测受力和第二检测受力确定预设检测受力，可包括：

将第一检测受力和第二检测受力的平均值，确定为预设检测受力。

第一对应关系的数量为一个或多个，受力与设备运动方向相反的情况可对应不同的第一对应关系，例如设备的运动速度不同，则第一对应关系不同；第一检测受力的数量与第一对应关系的数量相同，第二对应关系的数量为一个。

在第一对应关系的数量为多个的情况下，根据第一检测受力和第二检测受力确定预设检测受力，可包括：将多个第一检测受力以及第二检测受力的平均值，确定为预设检测受力；或者，将多个第一检测受力以及第二检测受力的中值，作为预设检测受力。

当然，在适当的情况下，还可将多个第一检测受力以及第二检测受力的中值的加权平均数、几何平均数或和平方平均数，作为预设检测受力，本领域技术人员可根据实际情况，确定由第一检测受力和第二检测受力获得预设检测受力的具体方式。

S305、根据安全受力阈值与预设检测受力的第三力差值确定预设范围。

使预设范围的上限值小于或等于第三力差值，预设范围的下限值大于或等于第三力差值的相反数。

预设范围的上限值通常大于零，预设范围的下限值通常小于零。在确定预设范围的过程中，将小于或等于第三力差值的正数作为预设范围的上限值，将大于或等于第三力差值的相反数的负数作为预设范围的下限值。

通过上述技术方案确定的预设范围，提高了设备的安全性能。

进一步地，在同时确定偏差阈值与第三力差值的情况下，使预设范围的上限值小于或等于第三力差值，且大于或等于偏差阈值；使预设范围的下限值大于或等于第三力差值的相反数，且小于或等于偏差阈值的相反数。

图4是本申请实施例提供的一种确定当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的过程示意图。

结合图4所示，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的确定，包括：

S401、获得当前检测受力的当前受力变化率。

当前受力变化率的数值有正负。

例如，通过当前检测受力减去上一个检测受力，将获得的差值作为当前受力变化率，如果当前检测受力的数值大于上一个检测受力的数值，则当前受力变化率的数值为正数；如果当前检测受力的数值小于上一个检测受力的数值，则当前受力变化率的数值为负数。

S402、根据当前受力变化率确定偏移方向和偏移量。

偏移方向与当前受力变化率的正负号对应，偏移量与当前受力变化率的绝对值正相关。如果当前受力变化率为零，则偏移量为零。

具体地，在通过当前检测受力减去当前计算受力以获得第一力差值的情况下，如果当前受力变化率为正数，则确定偏移方向为使预设范围数值增大的方向；如果当前受力变化率为负数，则确定偏移方向为使预设范围数值减小的方向。

在通过当前计算受力减去当前检测受力以获得第一力差值的情况下，如果当前变化率为正数，则确定偏移方向为使预设范围在数值上减小的方向；如果当前受力变化率为负数，则确定偏移方向为使预设范围在数值上增大的方向。

例如，预设范围为数轴上的区间，使预设范围数值减小的方向为数轴的负向，使预设范围数值增大的方向为数轴的正向。

偏移量与当前受力变化率的绝对值正相关。可通过试验的方式获得偏移量与当前受力变化率的正相关关系。

偏移量与当前受力变化率的绝对值的正相关关系，可通过一一对应数据表的形式，存储在数据库中，在获得当前受力变化率后，在数据库中检索当前受力变化率的绝对值，即可获得与当前受力变化率的绝对值对应的偏移量。

S403、根据偏移方向和偏移量，对预设范围进行移位。

可选地，根据偏移方向和偏移量，对预设范围进行移位，包括：

如果偏移方向为使预设范围数值增大的方向，则计算预设范围中每个数值加上偏移量的和，将若干和构成的数值范围作为偏移后的预设范围；

如果偏移方向为使预设范围数值减小的方向，则计算预设范围中每个数值减去偏移量的差值，将若干差值构成的数值范围作为偏移后的预设范围。

例如，预设范围为数轴上的区间，如果偏移方向为使预设范围数值增大的方向，则将预设范围向数轴正方向移位偏移量；如果偏移方向为使预设范围数值减小的方向，则将预设范围向数轴负方向移位偏移量。

S404、如果第一合力的数值不属于偏移后的预设范围，则确定当前计算受力与当前计算受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件。

采用上述技术方案，能够提高传感器异常检测结果的准确性。

设备在导纳控制中，当前检测输出力是根据导纳控制算法，所计算出的上一个检测受力和上一个检测运动状态对应的输出力，上一个检测受力是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第一传感器获得的，上一个检测运动状态是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第二传感器获得的。

可见，在导纳控制中，设备是根据当前检测受力调整设备的运动状态；在其技术思路中，力是主动量，运动状态是从动量。

在基于本体动力学动模型的逆动力学应用中，是基于运动状态计算设备的需求力。在常规的设备运动轨迹控制中，在计算出设备的需求力之后，可调整设备的合力，使设备的合力与该需求力相同，从而使设备能够按照预期运动轨迹进行运动。在该常规应用过程中，运动状态是主动量，力是从动量。这与上述导纳控制的总体技术思路是完全两个相悖的方向。

在本申请实施例中，本体动力学模型在逆动力学应用中所计算出的当前需求力，其作用并非是对设备的输出进行控制，而是用于评估设备在导纳控制中的力与运动的对应关系是否准确，如果准确，则判定第一传感器、第二传感器和第三传感器检测的数据无误；如果不准确，则判定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者之中至少一个出现了异常。

通过调整本体动力学在逆动力学应用中所起的作用，避免了本体动力学在逆动力学中的技术思路与导纳控制的技术思路的冲突。

进一步地，本体动力学模型在逆动力学的应用过程中，力是从动量；而在设备的正常使用过程中，用户施加给设备的力难以维持不变，检测受力难以维持不变，用户施加给设备的变化的力，难以与本体动力学模型计算出的力保持一致。

在本申请实施例中，导纳控制中的设备具有如下特性：如果当前时刻的当前检测受力由不变开始变大，则在下一个检测时刻，检测输出力也会呈现出变大趋势；如果当前时刻的当前检测受力由不变开始变小，则在下一个检测时刻，检测输出力也会呈现出变小趋势。

在当前检测受力由不变开始变大的情况下，在当前时刻，当前检测受力和当前检测输出力二者之和将会大于本体动力学模型计算出的当前需求力；在下一个检测时刻，由于检测输出力也呈现出变大趋势，导致下一个检测受力和下一个检测输出力二者之和比本体动力学模型计算出的下一个需求力大的程度更高。

在当前检测受力由不变开始变小的情况下，在当前时刻，当前检测受力和当前检测输出力二者之和将会小于本体动力学模型计算出的当前需求力；在下一个检测时刻，由于检测输出力也呈现出变小趋势，导致下一个检测受力和下一个检测输出力二者之和比本体动力学模型计算出的下一个需求力小的程度更高。

如此，无论检测受力与检测输出力二者的比例如何，只要当前检测受力的当前受力变化率不为零，都将会导致检测受力和检测输出二者之和的变化不能被忽略。

基于导纳控制这样的特性，再结合本身实施例判定传感器出现异常的条件“当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件”：

在当前受力变化率为零的情况下，当前检测受力与当前检测输出力二者之和与本体动力学模型计算出的需求力之间具有一定的对应关系，即，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值与预设范围具有一定的对应关系，例如在理想条件下，第一力差值为预设范围的中值。

在当前受力变化率不为零的情况下，当前检测受力和当前检测输出力二者之和与本体动力学计算出的需求力之间的对应关系发生了一定的偏移，即，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值与预设范围之间的对应关系发生了偏移，此时根据当前受力变化率对预设范围进行移位，以维持第一力差值与预设范围之间的对应关系，例如理想条件下，第一力差值仍为预设范围的中值。以在当前受力变化率不为零的情况下，继续传感器异常检测结果的准确性。

上述列举的第一力差值为预设范围的中值，仅为示例性说明。在具体应用中，第一力差值还可以是小于预设范围的中值的数，也可以是大于预设范围的中值的数，本领域技术人员可根据实际情况确定第一力差值与预设范围的具体对应关系，以使传感器异常检测结果的准确度满足要求。

具体地，在通过当前检测受力减去当前计算受力以获得第一力差值的情况下，如果当前受力变化率为正数，则当前检测受力偏大，第一力差值偏大，此时偏移方向为使预设范围数值增大的方向；如果当前受力变化率为负数，则当前检测受力偏小，第一力差值偏小，此时偏移方向为使预设范围数值减小的方向；这样，相对于检测受力不变的理想情况，偏大的第一力差值与数值偏大的预设范围仍具备相对稳定的对应关系，使传感器出现异常这种判断结果维持一定的稳定性。

在通过当前计算受力减去当前检测受力以获得第一力差值的情况下，如果当前受力变化率为正数，则当前检测受力偏大，第一力差值偏小，此时偏移方向为使预设范围的数值减小的方向；如果当前受力变化率为负数，则当前检测受力偏小，第一力差值偏大，此时偏移方向为使预设范围的数值增大的方向；这样，相对于检测受力不变的理想情况，偏大的第一力差值与数值偏大的预设范围仍具备相对稳定的对应关系，使传感器出现异常这种判断结果维持一定的稳定性。

图5是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测装置的示意图。该传感器异常检测装置可通过软件、硬件或二者结合的形式实现。

结合图5所示，在导纳控制中设备的传感器异常检测装置包括第一获得模块51、第二获得模块52和确定模块53。

第一获得模块51用于通过设置在设备的人机交互结构处的第一传感器获得当前检测受力，通过第二传感器获得设备的当前检测运动状态，通过第三传感器获得设备的当前检测输出力；当前检测输出力是根据导纳控制算法，所计算出的上一个检测受力和上一个检测运动状态对应的输出力，上一个检测受力是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第一传感器获得的，上一个检测运动状态是在当前时刻之前的上一个检测周期的检测时刻通过第二传感器获得的；

第二获得模块52用于将当前检测运动状态输入至设备的本体动力学模型，获得本体动力学模型输出的与当前检测运动状态对应的当前需求力；

确定模块53用于在当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的情况下，确定第一传感器、第二传感器和第三传感器三者中至少一个出现异常；

其中，当前计算受力与当前需求力、当前检测输出力对应。

可选地，预设范围是通过如下方式确定的：获得设备的噪声干扰；确定与噪声干扰对应的偏差阈值；根据偏差阈值确定预设范围，使预设范围的上限值大于或等于偏差阈值，预设范围的下限值小于或等于偏差阈值的相反数。

可选地，预设范围是通过如下方式确定的：计算设备在预设碰撞时长内由预设最大速度减速至零，所需的第一作用力；确定第一作用力和安全受力阈值的第二力差值；在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系；预设运动状态包括减速运动状态和/或静止状态，跟踪对应关系与预设运动状态对应；根据跟踪对应关系，确定第二力差值对应的预设检测受力；根据安全受力阈值与预设检测受力的第三力差值确定预设范围，使预设范围的上限值小于或等于第三力差值，预设范围的下限值大于或等于第三力差值的相反数；其中，安全受力阈值为人机交互结构处人体的安全受力阈值。

可选地，在设备的预设运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的跟踪对应关系，包括：在设备减速运动状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第一对应关系，减速运动状态下设备的速度不为零；和/或，在设备静止状态下，计算导纳控制中设备输出力与检测受力的第二对应关系。

可选地，根据跟踪对应关系，确定第二力差值对应的预设检测受力，包括：根据第一对应关系，确定第二力差值对应的第一检测受力，将第一检测受力作为预设检测受力；或者，根据第二对应关系，确定第二力差值对应的第二检测受力，将第二检测受力作为预设检测受力；或者，根据第一对应关系确定第二力差值对应的第一检测受力，根据第二对应关系确定第二力差值对应的第二检测受力，根据第一检测受力和第二检测受力确定预设检测受力，预设检测受力用于反映第一检测受力和第二检测受力的集中趋势。

可选地，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算当前需求力与当前检测输出力的差值，以获得当前计算受力，判断当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件。

可选地，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算当前需求力与当前检测受力的差值，以获得当前计算输出力，如果当前计算输出力与当前检测输出力的差值满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值满足预设范围的约束条件；如果当前计算输出力与当前检测输出力的差值不满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值不满足预设范围的约束条件。

可选地，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值是否满足预设范围的约束条件的判断方式，包括：计算当前检测受力与当前检测输出力的和，以获得当前计算合力，如果当前计算合力与当前需求力的差值满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值满足预设范围的约束条件；如果当前计算合力与当前需求力的差值不满足预设范围的约束条件，则确定第一力差值不满足预设范围的约束条件。

可选地，当前计算受力与当前检测受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件的确定，包括：获得当前检测受力的当前受力变化率；根据当前受力变化率确定偏移方向和偏移量；偏移方向与当前受力变化率的正负号对应，偏移量与当前受力变化率的绝对值正相关；根据偏移方向和偏移量，对预设范围进行移位；如果第一合力的数值不属于偏移后的预设范围，则确定当前计算受力与当前计算受力的第一力差值不满足预设范围的约束条件。

可选地，在通过当前检测受力减去当前计算受力以获得第一力差值的情况下，如果当前受力变化率为正数，则确定偏移方向为使预设范围数值增大的方向；如果当前受力变化率为负数，则确定偏移方向为使预设范围数值减小的方向。

可选地，在通过当前计算受力减去当前检测受力以获得第一力差值的情况下，如果当前变化率为正数，则确定偏移方向为使预设范围在数值上减小的方向；如果当前受力变化率为负数，则确定偏移方向为使预设范围在数值上增大的方向。

可选地，根据偏移方向和偏移量，对预设范围进行移位，包括：如果偏移方向为使预设范围数值增大的方向，则计算预设范围中每个数值加上偏移量的和，将若干和构成的数值范围作为偏移后的预设范围。

可选地，根据偏移方向和偏移量，对预设范围进行移位，包括：如果偏移方向为使预设范围数值减小的方向，则计算预设范围中每个数值减去偏移量的差值，将若干差值构成的数值范围作为偏移后的预设范围。

在一些实施例中，在导纳控制中设备的传感器异常检测装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，处理器被配置为在执行程序指令时，执行前述实施例提供的在导纳控制中设备的传感器异常检测方法。

图6是本申请实施例提供的一种在导纳控制中设备的传感器异常检测装置的示意图。结合图6所示，在导纳控制中设备的传感器异常检测装置包括：

处理器(processor)61和存储器(memory)62，还可以包括通信接口(Communication Interface)63和总线64。其中，处理器61、通信接口63、存储器62可以通过总线64完成相互间的通信。通信接口63可以用于信息传输。处理器61可以调用存储器62中的逻辑指令，以执行前述实施例提供的在导纳控制中设备的传感器异常检测方法。

此外，上述的存储器62中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器62作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本申请实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器61通过运行存储在存储器62中的软件程序、指令以及模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。

存储器62可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器62可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

本申请实施例提供了一种传感器异常检测设备，包含前述实施例提供的在导纳控制中设备的传感器异常检测装置。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为执行前述实施例提供的在导纳控制中传感器异常检测方法。

本申请实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行前述实施例提供的在导纳控制中传感器异常检测方法。

上述的计算机可读存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本申请实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或一个以上指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请实施例中方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机读取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本申请的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请实施例的范围。技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，可以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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，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。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，即可以位于一个地方，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。另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本申请实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，模块、程序段或代码的一部分包含一个或一个以上用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。