机器人控制方法、机器人控制系统及机器人

技术领域

本发明涉及人工智能及机器人领域，更具体地涉及一种机器人控制方法、机器人控制系统及机器人。

背景技术

随着人工智能及机器人技术在民用和商用领域的广泛应用，基于人工智能及机器人技术的机器人在智能工业控制、智能家居控制等领域起到日益重要的作用，也面临着更高的要求。

目前的机器人在抓取目标物体时，通常采用静态抓取策略，即在机器人静态或者准静态(机器人速度非常低)的情况下，机器人利用其灵巧末端工具(例如机械手)对物体实施抓取。在此种情况下，一方面，执行运动任务(在该运动任务中机器人具有相应的运动速度及加速度)的机器人将首先停顿或者减速以进行抓取，抓取物体后再逐渐加速至该运动任务所需的速度，静态抓取过程影响了机器人原本的运动任务的执行；另一方面，在静态抓取过程中，抓取动作不连贯，抓取操作的流畅度较低。

基于此，需要一种在实现机器人良好抓取目标物体的前提下，能够经由动态抓取策略，实现机器人在运动过程中对目标物体的抓取，以降低抓取操作对机器人自身运动任务的影响，并实现流畅、连贯的目标物体抓取过程。

发明内容

针对以上问题，本公开提供了一种机器人控制方法、机器人控制系统及机器人。利用本公开提供的机器人控制方法、机器人控制系统及机器人可以在实现机器人良好抓取目标物体的前提下，经由动态抓取策略，实现机器人在运动过程中对目标物体的抓取，以降低抓取操作对机器人自身运动任务的影响，并实现流畅、连贯的目标物体抓取过程。

根据本公开的一方面，提出了一种机器人控制方法，所述机器人包括机械手，且所述方法包括：控制所述机械手与目标物体碰撞；确定所述目标物体的碰撞后运动类型，所述目标物体的碰撞后运动类型包括：脱离运动类型及未脱离运动类型；基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手抓取所述目标物体。

在一些实施例中，控制所述机械手与目标物体碰撞包括：确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息；获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息；基于该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，控制该机械手碰撞该目标物体。

在一些实施例中，所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息包括：所述目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度；所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的期望速度，以及所述目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度；所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述机械手在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度；所述机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息包括：机械手在碰撞初始时刻的目标位置、目标速度、目标姿态角度、目标姿态角速度。

在一些实施例中，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息包括：基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的期望碰撞冲量；基于该目标物体的期望碰撞冲量，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度；基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度、该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息，确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

在一些实施例中，确定所述目标物体的碰撞后运动类型包括：获取该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息及该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息；将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息相比较；基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。

在一些实施例中，所述基于所述目标物体的碰撞后运动类型控制所述机械手抓取所述目标物体包括：基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体，以使得所述目标物体位于所述机械手上且所述机械手与所述目标物体的姿态一致；控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。

在一些实施例中，在所述目标碰撞后运动类型为未脱离运动类型的情况下，基于所述目标物体的碰撞后运动类型控制所述机械手接取目标物体包括：获取该目标物体的碰撞后运动状态信息；获取该目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息；基于该目标物体的碰撞后运动状态信息及该目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息，根据未脱离运动模型，确定该机械手作用于该目标物体的期望接取信息，所述期望接取信息包括：期望接触力、期望接触位置、期望接触姿态；获取该机械手作用于该目标物体的当前接取信息，并基于该当前接取信息及该期望接取信息，控制所述机械手接取目标物体。

在一些实施例中，在所述目标碰撞后运动类型为脱离运动类型的情况下，基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体包括：获取该目标物体的碰撞后运动状态信息，并基于该目标物体的碰撞后运动状态信息，根据脱离运动模型，生成该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计；基于该目标物体的运动轨迹及姿态估计，确定该机械手的期望接取运动状态信息，所述期望接取运动状态信息包括：期望接取位置信息、期望接取速度信息及期望接取姿态信息；基于该机械手的期望接取运动状态信息，控制所述机械手接取目标物体。

在一些实施例中，所述机械手包括：手掌基部及从该手掌基部向外延伸形成的多个指状部，且控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体包括：控制所述多个指状部执行靠近彼此的握合运动；获取所述多个指状部中至少一个指状部的末端的接触力数据；且在所述接触力数据大于等于预设接触力阈值时，停止所述握合运动。

在一些实施例中，所述当前接取信息包括：机械手作用于该目标物体的当前接触力，且获取该机械手作用于该目标物体的当前接触力包括：获取该目标物体的当前运动状态信息；基于该目标物体的当前运动状态信息，基于动力学方程确定该目标物体所受到的外部作用力；基于所述外部作用力确定当前接触力。

根据本公开的另一方面，提出了一种机器人运动控制系统，所述机器人包括机械手，且所述系统包括：碰撞控制模块，其被配置为控制所述机械手与目标物体碰撞；碰撞后运动类型确定模块，其被配置为确定所述目标物体的碰撞后运动类型，所述目标物体的碰撞后运动类型包括：脱离运动类型及未脱离运动类型；抓取模块，其被配置为基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手抓取所述目标物体。

在一些实施例中，所述控制碰撞模块包括：物体运动状态确定模块，其被配置为确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息；期望运动状态获取模块，其被配置为获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；机械手碰撞信息生成模块，其被配置为基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息；碰撞产生模块，其被配置为基于该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，控制该机械手碰撞该目标物体。

在一些实施例中，所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息包括：所述目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度；所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的期望速度，以及所述目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度；所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述机械手在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度；所述机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息包括：机械手在碰撞初始时刻的目标位置、目标速度、目标姿态角度、目标姿态角速度。

在一些实施例中，所述机械手碰撞信息生成模块包括：碰撞冲量计算模块，其被配置为基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的期望碰撞冲量；碰撞点初始速度确定模块，其被配置为基于该目标物体的期望碰撞冲量，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度；机械手初始速度确定模块，其被配置为基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度、该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息，确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

在一些实施例中，所述碰撞后运动类型确定模块包括：碰撞结束运动状态获取模块，其被配置为获取该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息及该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息；运动状态比较模块，其被配置为将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息相比较；运动类型确定模块，其被配置为基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。

在一些实施例中，所述抓取模块包括：接取操作模块，其被配置为基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体，以使得所述目标物体位于所述机械手上且所述机械手与所述目标物体的姿态一致；握合操作模块，其被配置为控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。

根据本公开的另一方面，提出了一种机器人，所述机器人包括机械手，且其中，所述机器人包括如前所述的机器人运动控制系统，且其通过如前所述的机器人运动控制方法来实现对所述机器人的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在没有做出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。以下附图并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制，重点在于示出本公开的主旨。

图1示出了根据本公开实施例的机器人控制方法100的示例性流程图；

图2示出了根据本公开实施例的控制所述机械手与目标物体碰撞的过程S101的示例性流程图；

图3A示出了根据本公开实施例基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的过程S1013的示例性流程图；

图3B示出了机械手及目标物体的碰撞过程的示意图；

图4示出了根据本公开实施例控制所述机械手抓取所述目标物体的过程S103的示例性流程图；

图5A示出了根据本公开实施例物体处于脱离运动类型下的示意图；

图5B示出了根据本公开实施例在所述目标碰撞后运动类型为脱离运动类型的情况下控制所述机械手接取目标物体的过程S1031A的示例性流程图；

图5C示出了根据本公开实施例机械手接取目标物体的示意图；

图6A示出了根据本公开实施例目标物体处于未脱离运动类型的情况下的运动过程的示意图；

图6B示出了根据本公开实施例在目标物体碰撞后处于未脱离运动类型的情况下控制机械手接取目标物体的过程S1031B的示例性流程图；

图7示出了根据本公开实施例的机械手执行预设运动的示意图；

图8示出了根据本公开实施例的机械手在执行预设运动过程中抓取目标物体的示意图；

图9示出了根据本发明实施例的自平衡机器人控制系统600的示例性框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显而易见地，所描述的实施例仅仅是本公开的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，也属于本公开保护的范围。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

虽然本申请对根据本申请的实施例的系统中的某些模块做出了各种引用，然而，任何数量的不同模块可以被使用并运行在用户终端和/或服务器上。所述模块仅是说明性的，并且所述系统和方法的不同方面可以使用不同模块。

本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

人工智能(Artificial Intelligence,AI)是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。换句话说，人工智能是计算机科学的一个综合技术，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器。人工智能也就是研究各种智能机器的设计原理与实现方法，使机器具有感知、推理与决策的功能。

人工智能技术是一门综合学科，涉及领域广泛，既有硬件层面的技术也有软件层面的技术。人工智能基础技术一般包括如传感器、专用人工智能芯片、云计算、分布式存储、大数据处理技术、操作/交互系统、机电一体化等技术。人工智能软件技术主要包括计算机视觉技术、语音处理技术、自然语言处理技术以及机器学习/深度学习等几大方向。

随着人工智能及机器人技术在民用和商用领域的广泛应用，基于人工智能及机器人技术的机器人在智能工业控制、智能家居控制等领域起到日益重要的作用，也面临着更高的要求。

目前的机器人在抓取目标物体时，通常采用静态抓取策略，即在机器人静态或者准静态(机器人速度非常低)的情况下，机器人利用其灵巧末端工具(例如机械手)对物体实施抓取。在此种情况下，一方面，执行运动任务(在该运动任务中机器人具有相应的运动速度及加速度)的机器人将首先停顿或者减速以进行抓取，抓取物体后再逐渐加速至该运动任务所需的速度，静态抓取过程影响了机器人原本的运动任务的执行；另一方面，在静态抓取过程中，抓取动作不连贯，抓取操作的流畅度较低。

基于上述，本申请提出了一种基于人工智能的机器人控制方法，其通过首先控制机械手与目标物体碰撞，其后基于目标物体的碰撞后运动类型，控制机械手抓取所述目标物体的动态抓取策略，实现机器人在运动过程中对目标物体的抓取，降低了抓取操作对机器人自身运动任务的影响，实现了流畅、连贯的目标物体抓取过程。

图1示出了根据本公开实施例的机器人控制方法100的示例性流程图。其中，所述机器人例如包括机械手，所述机械手是指该机器人用于与目标物体向交互以实现对目标物体抓取过程的部件。

根据实际需要，该机械手例如可以具有手掌基部及从该手掌基部向外延伸的多个指状部，或者该机械手也可以具有其他形态及结构。本公开的实施例不受该机械手的具体结构形状的限制。

参照图1，首先，在步骤S101中，控制所述机械手与目标物体碰撞。

应了解，所述目标物体是指该机器人旨在抓取的物体。该目标物体例如可以处于静止或运动状态(例如匀速运动状态、匀加速度运动状态或变加速运动状态)，本公开的实施例不受该目标物体的运动状态的限制。

所述控制所述机械手与所述目标物体碰撞的过程例如可以是：确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息；获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息；基于该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，控制该机械手碰撞该目标物体。或者也可以根据实际需要，通过其他方式控制机械手与目标物体碰撞。

在控制机械手与目标物体碰撞后，在步骤S102中，确定所述目标物体的碰撞后运动类型，所述目标物体的碰撞后运动类型包括：脱离运动类型及未脱离运动类型。

所述目标物体的碰撞后运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后相对于机械手的运动类型。且其中，所述脱离运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后飞离该机械手。所述未脱离型运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后，与该机械手在至少一个接触点上仍保持接触，且在该接触点上与机械手具有相同的运动状态(即在该接触点上二者处于协同运动状态)。

且其中，确定所述目标物体的碰撞后运动类型的过程例如可以通过如下方式实现：首先，获取该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息；其后，将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息相比较，基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。例如，可以将碰撞结束时刻下目标物体的碰撞点的运动速度与机械手的运动速度相比较，若该目标物体的碰撞点的运动速度大于该机械手的运动速度，则判断为脱离运动类型；否则，判断为未脱离型运动类型。

应了解，上述仅给出一种确定目标物体的碰撞后运动类型的示例性方法，根据实际需要，还可以基于其他方式确定该目标物体的碰撞后运动类型。例如，可以将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与预设运动状态信息相比较，基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。

确定该目标物体的碰撞后运动类型后，在步骤S103中，基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手抓取所述目标物体。

例如，可以首先基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手执行对目标物体的接取步骤，使得所述目标物体处于接取状态；其后，控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。

基于上述，本申请中，通过设置动态抓取策略，具体地，通过首先控制机械手与目标物体碰撞，确定目标物体的碰撞后运动类型，并基于所确定的目标物体碰撞后运动类型，控制机械手抓取所述目标物体，实现了机器人在运动过程中对目标物体的抓取。相较于当前基于静态抓取策略的目标物体抓取过程，一方面，本申请通过采用基于碰撞的动态抓取策略，降低了抓取操作对机器人自身运动任务的影响，使得机器人在无需大幅度减速或停止运动的情况下，便能够实现良好可靠的目标物体抓取，从而使得抓取目标物体的过程不会对机器人的运动任务造成影响，有利于机器人兼顾目标物体抓取及自身运动任务的执行。另一方面，相较于静态抓取策略，采用基于碰撞的动态抓取策略使得目标物体的抓取更为流畅、连贯，智能化程度更高。

在一些实施例中，所述控制所述机械手与目标物体碰撞的过程例如可以更具体地说明。图2示出了根据本公开实施例的控制所述机械手与目标物体碰撞的过程S101的示例性流程图。

参照图2，首先，在步骤S1011中，确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息。

所述碰撞初始时刻是指该机械手与该目标物体开始碰撞的时刻。根据实际需要，该碰撞初始时刻例如可以由系统预先设定，或者由用户选择。

所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息例如包括：该目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度中的一项或多项。

例如，可以根据该目标物体在碰撞前的运动状态信息来确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息。例如，若该目标物体在碰撞前处于静止状态，则该目标物体在碰撞前的运动状态信息(质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度)即为该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息。若该目标物体在该碰撞前处于运动状态(例如匀速、匀加速、变加速)，则例如可以基于所确定的碰撞初始时刻及该目标物体在碰撞前的运动状态信息来计算该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息。

其后，在步骤S1012中，获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息。

所述碰撞结束时刻是指该机械手与该目标物体完成碰撞的时刻。所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息例如可以由系统预先设定，或者也可以由用户选择确定。

应了解，所述目标物体及机械手在碰撞结束时刻的期望运动信息例如可以根据该目标物体的期望碰撞后运动类型、该目标物体的属性参数信息(物体的质量、刚度等)、该目标物体的碰撞初始时刻运动状态信息综合确定。例如，若基于该目标物体的属性参数信息，了解到该目标物体的刚度较大，此时例如可以设定该目标物体的期望碰撞后运动状态为脱离型运动类型，且例如能够基于该目标物体的碰撞初始时刻运动状态信息及脱离型运动类型，来设定该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动信息及机械手在碰撞结束时刻的期望运动信息，以使得能够实现期望的脱离型运动类型。

应了解，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息例如包括：该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的期望速度，以及该目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度中的一项或多项。

该机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息例如包括：该机械手在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度中的中的一项或多项。

其后，在步骤S1013中，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

所述碰撞运动模型是指基于该机械手及该目标物体在碰撞过程中所具有的动力学特性而建立的运动模型，其旨在表征碰撞前机械手及目标物体的运动状态与碰撞后机械手与目标物体所具有的运动状态间的关系。

应了解，基于该碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息例如包括：基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的期望碰撞冲量；基于该目标物体的期望碰撞冲量，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度；基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度、该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息，确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

然而，应了解，上述仅给出一种确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的示例性方法。根据实际需要，还可以采用其他的方式来确定该机械手的在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

最后，在步骤S1014中，基于该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，控制该机械手碰撞该目标物体。

例如，可以基于该机械手的碰撞前运动状态信息(例如该机械手在碰撞前的运动速度、运动位置、运动加速度、姿态角度、姿态角速度等)及该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，对该机械手进行调整，以使得该机械手碰撞该目标物体，且使得该机械手在碰撞初始时刻具有目标运动状态信息。

基于上述，本申请中，在控制该机械手与该目标物体进行碰撞的过程中，通过确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息；并获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；且基于前述信息，根据碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，并控制该机械手碰撞该目标物体。使得能够根据碰撞运动模型，良好地基于目标物体在碰撞初始时刻的运动状态、结束时刻的期望运动状态，及机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态，求解得到该机械手在该碰撞初始时刻所应具有的运动状态，从而精确可靠地控制该机械手与该目标物体的碰撞过程。

在一些实施例中，所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息包括：所述目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度。

所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的期望速度，以及所述目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度。

所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述机械手在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度。

所述机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息包括：机械手在碰撞初始时刻的目标位置、目标速度、目标姿态角度、目标姿态角速度。

通过设置该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息及机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的具体组成，使得能够基于该信息良好地反映机械手及目标物体在碰撞运动始末时刻的运动状态，从而有利于精确地确定机械手的碰撞初始时刻的目标运动状态信息，从而可靠地控制碰撞过程。

在一些实施例中，所述基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的过程例如可以更具体地描述。图3A示出了根据本公开实施例基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的过程S1013的示例性流程图。

参照图3A，首先，在步骤S1013-1中，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的期望碰撞冲量。

所述期望碰撞冲量是指为了使得目标物体在碰撞结束时刻具有期望运动状态信息，该目标物体在碰撞过程中所期望积累的冲量值。

其后，在步骤S1013-2中，基于该目标物体的期望碰撞冲量，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度。

最后，在步骤S1013-3中，基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度、该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息，确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

接下来将结合具体的碰撞运动模型，对于上述过程进行更具体地说明。图3B示出了机械手及目标物体的碰撞过程的示意图。参照图3B，其中示出了目标物体M，机器人的机械手S，目标物体及机械手的碰撞点C，且在碰撞过程中，例如仅考虑机械手及目标物体在碰撞点所在水平面内(XY平面)的运动过程，例如目标物体在碰撞开始时刻在XY平面的质心运动位置(x

则此时例如基于机械手及目标物体在碰撞过程中的动力学特性，能够构建其二者的碰撞模型如下：

首先，能够根据碰撞初始时刻下机械手及目标物体所具有的运动状态信息，确定机械手与目标物体的碰撞点C在碰撞初始时刻所具有的速度与机械手及目标物体在该碰撞初始时刻的运动状态信息的关系如下：

其中，

此外，考虑到碰撞过程经历了一个压缩和恢复阶段，在此期间假设目标物体没有运动，且目标物体和机械手的速度随着累积的冲量P而不断变化。则由此可知冲量对目标物体速度造成的影响是：

其中，m为目标物体的等效碰撞质量，I为目标物体的等效转动惯量，m和I例如为预设数值。

且随着碰撞运动的进行，在目标物体中所产生的冲量P将会改变碰撞点的速度，根据动力学及运动学，能够得到碰撞点在碰撞结束时刻的速度的表达式如下：

其中，

其中，x

基于上述公式1)-7)即得到该机械手与该目标物体的碰撞运动模型。此时，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息例如为：

首先，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，根据碰撞运动模型中公式3)-5)，确定该目标物体的期望碰撞冲量

/>

其中，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置

得到该目标物体的期望碰撞冲量

且其中，所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息还包括：所述机械手的碰撞点在碰撞结束时刻的期望运动速度

最后，基于计算得到的该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度

且其中，

应了解，上述仅给出了一种机械手及目标物体的示例性碰撞运动模型。根据实际需要，还可以构建具有其他组成形态的碰撞运动模型。本公开的实施例不受该碰撞运动模型的具体组成的限制。

基于上述，本申请中，在计算机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息时，通过基于碰撞运动模型，首先确定该目标物体的期望碰撞冲量；基于该目标物体的期望碰撞冲量确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度；从而基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，使得能够在良好满足碰撞的运动学约束的前提下，准确且可靠的实现对机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的确定。

在一些实施例中，确定所述目标物体的碰撞后运动类型的过程S102例如包括：首先，获取该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息及该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息。

所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息例如包括碰撞点在运动结束时刻的运动速度。所述机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息例如包括该机械手的质心运动速度。然而，应了解，还可以根据实际需要，获取其他运动状态信息。

其后，将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与该机械手在在碰撞结束时刻的运动状态信息相比较，基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。

例如，可以将目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动速度与机械手在在碰撞结束时刻的质心运动速度相比较，若目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动速度大于该机械手在在碰撞结束时刻的质心运动速度，则可以将该目标物体的碰撞后运动类型确定为脱离型；若该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动速度小于或等于该机械手在碰撞结束时刻的质心运动速度，则可以将该目标物体的碰撞后运动类型确定为未脱离型。

基于上述，本申请中，通过比较目标物体的碰撞点及机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息，使得能够以简单便捷地方式判断目标物体的碰撞后运动类型，从而有利于后续基于该碰撞后运动类型执行不同的操作实现对目标物体的接取。

在一些实施例中，所述基于所述目标物体的碰撞后运动类型控制所述机械手抓取所述目标物体的过程S103例如可以更具体地说明。图4示出了根据本公开实施例控制所述机械手抓取所述目标物体的过程S103的示例性流程图。

参照图4，首先，在步骤S1031中，基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体，以使得所述目标物体位于所述机械手上且所述机械手与所述目标物体的姿态一致。

具体地，例如所述机械手包括手掌基部及从该手掌基部向外延伸形成的多个指状部，则所述接取状态是指该目标物体位于该机械手的手掌基部上且与该手掌基部相接触，且所述目标物体与所述机械手的手掌基部具有相同的姿态角度。

应了解，如下文中将详细描述的，根据不同的碰撞后运动类型及实际需要，可以通过不同的运动控制模型及控制方式来控制所述机械手接取所述目标物体，本公开的实施例不受该机械手接取目标物体的具体方式的限制。

执行所述接取步骤后，在步骤S1032中，控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。所述握合操作是指控制该机械手端部合拢以抓取目标物体的操作。

基于此，本申请中，通过基于所述目标物体的碰撞后运动类型控制所述机械手接取目标物体，随后控制所述机械手执行握合操作以抓取物体，使得能够以稳定且可靠的方式实现对目标物体的动态抓取过程。

接下来，将针对未脱离运动类型及脱离运动下控制所述机械手接取目标物体的过程进行更具体地说明。

应了解，无论目标物体在何种碰撞后运动类型下运动，在目标物体坐标系下，目标物体的运动满足如下动力学方程：

式中，M(x)为目标物体的惯量矩阵，

其中等效接触力F

F

其中：G

f

且其中，FC

具体地，在一些实施例中，所述目标碰撞后运动类型为脱离运动类型。此时目标物体在与机械手撞击后脱离飞出，此时目标物体仅在重力作用下运动(旋转)，图5A示出了根据本公开实施例物体处于脱离运动类型下的示意图。参照图5A，在碰撞结束时刻，目标物体与机械手相脱离，且以与水平线夹角α的初始姿态开始仅在重力G作用下的旋转运动。则此时，应调整机器人机械手的姿态及位置，使机械手在最佳接取角度α

图5B示出了根据本公开实施例在所述目标碰撞后运动类型为脱离运动类型的情况下控制所述机械手接取目标物体的过程S1031A的示例性流程图。

参照图5B，首先，在步骤S1031A-1中，获取该目标物体的碰撞后运动状态信息，并基于该目标物体的碰撞后运动状态信息，根据脱离运动模型，生成该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计。

所述目标物体的碰撞后运动状态信息是指用于反映该目标物体在碰撞后的运动状态特性的信息。该碰撞后运动状态信息例如包括：目标物体在碰撞结束时刻及之后的预设时间段内该目标物体的质心运动速度、质心运动位置、姿态角度、姿态角速度中的至少一种，或者也可以为该目标物体在碰撞结束时刻及之后的预设时间段内的运动轨迹。应了解，还可以根据实际需要获取该目标物体的碰撞后运动状态信息。

所述脱离运动模型是指用于反映该目标物体在脱离运动过程中的动力学特性的模型。具体地，由于该目标物体处于脱离飞行阶段时，所受到的等效接触力仅为重力，且由于目标物体与机械手无接触，各个接触点上的作用力均为0，即此时：F

此时，基于该脱离运动模型及该目标物体的碰撞后运动状态信息，基于预设算法，例如能够计算生成该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计。

所述碰撞后运动轨迹及姿态估计是指对目标物体在碰撞结束时刻至掉落至水平面(例如地面或桌面)的脱离运动结束时刻的全过程中的至少一部分的运动轨迹的估计，以及在所估计的运动轨迹的过程中，对目标物体的姿态角度及姿态角速度的估计。

其后，在步骤S1031A-2中，基于该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计，确定该机械手的期望接取运动状态信息。

所述期望接取运动状态信息例如包括：期望接取位置信息、期望接取速度信息及期望接取姿态信息。所述机械手的期望接取运动状态信息，是指为了实现良好接取目标物体，该机械手所期望具有的运动状态。所述期望接取位置信息是指该机器人与该目标物体相接触时的期望位置；所述期望接取速度信息是指该机器人与该目标物体相接触时的期望速度；所述期望接取姿态信息是指该机器人良好实现对该目标物体的接取(二者具有相同姿态)的情况下，该机器人所期望具有的姿态角度及角速度数据。

例如，可以根据该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计，及该机械手自身在碰撞后所具有的运动状态信息(例如自身当前的运动速度、运动位置、姿态角度等)，综合确定机械手的期望接取运动状态信息。

其后，在步骤S1031A-3中，基于该机械手的期望接取运动状态信息，控制所述机械手接取目标物体。

控制所述机械手接取目标物体的过程例如可以更具体地描述。例如，可以基于该期望接取位置信息、期望接取速度信息，规划机械手的运动路径，使得该机械手能够在最短时间内，经由最短运动路径，在最小的速度调整范围内(即加速度变化最小)行进至期望位置且具有期望速度，从而实现与目标物体相接触(拦截目标物体)；此外，基于该期望接取姿态信息，控制该机械手，使得该机械手在接取位置的姿态与目标物体相一致(处于期望姿态)，以良好地接取该目标物体。

具体地，图5C示出了根据本公开实施例机械手接取目标物体的示意图。参照图5C，其中r

r

上式中，w

基于上述，在完成对目标物体的接取后，目标物体将与机械手具有相同姿态，且位于机械手上。

基于上述，本申请中，碰撞后在目标物体处于脱离运动类型的情况下，通过目标物体的碰撞后运动状态信息及脱离运动模型生成该目标物体的碰撞后运动轨迹及姿态估计，基于该运动轨迹及姿态估计确定该机械手的期望接取运动状态信息，并控制机械手接取目标物体，从而能够在良好满足该目标物体在脱离运动类型的动力学约束的情况下，实现对目标物体的可靠精确接取，有利于后续对该目标物体进行抓取。

在一些实施例中，在所述目标碰撞后运动类型为未脱离运动类型的情况下，此时目标物体在碰撞后未完全脱离机械手，在机械手的作用力Fn和重力G的作用下进行包括旋转的复杂运动。图6A示出了根据本公开实施例目标物体处于未脱离运动类型的情况下的运动过程的示意图，其中还示意性地示出了XY平面的x轴及y轴。

在该未脱离运动类型的情况中，机械手及目标物体之间的接触点为两个，使得机械手对目标物体的可操作性降低。此时，机械手对目标物体的操作主要是控制目标物体的旋转运动。则此时，应调整机器人机械手的姿态及作用于该目标物体的接触力，使机械手在最佳接取角度α

此时，控制机械手接取该目标物体的过程例如可以更具体地说明。图6B示出了根据本公开实施例在目标物体碰撞后处于未脱离运动类型的情况下控制机械手接取目标物体的过程S1031B的示例性流程图。

参照图6B，首先，在步骤S1031B-1中，获取该目标物体的碰撞后运动状态信息。

如前所述，所述目标物体的碰撞后运动状态信息是指用于反映该目标物体在碰撞后的运动状态特性的信息。该碰撞后运动状态信息例如包括：目标物体在碰撞结束时刻及之后的预设时间段内该目标物体的质心运动速度、质心运动位置、姿态角度、姿态角速度中的至少一种，或者也可以为该目标物体在碰撞结束时刻及之后的预设时间段内的运动轨迹。应了解，还可以根据实际需要获取该目标物体的碰撞后运动状态信息。

其后，在步骤S1013B-2中，获取该目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息。

所述目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息，是指该目标物体在该未脱离运动类型下的期望运动状态。该期望碰撞后运动状态信息例如包括：期望运动轨迹、期望运动姿态等。本公开的实施例不受该期望碰撞后运动信息的具体组成的限制。

应了解，上述步骤S1013B-1，S1013B-2例如可以按照顺序执行、逆序执行，或者也可以同时执行。本公开的实施例不受该步骤S1013B-1，S1013B-2的执行顺序的限制。

其后，在步骤S1013B-3中，基于该目标物体的碰撞后运动状态信息及该目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息，根据未脱离运动模型，确定该机械手作用于该目标物体的期望接取信息，所述期望接取信息包括：期望接触力、期望接触姿态。

所述期望接取信息是指在未脱离运动类型的情况下，为实现良好接取目标物体，机械手所期望的运动信息。其中，所述期望接触力是指该目标物体期望从该机械手处获得的接触力，所述期望接触姿态是指该目标物体位于该机械手上且与该机械手具有相同姿态时，所述机械手的期望姿态状态。

此时，该目标物体的未脱离运动模型例如可以为：

其中，

其后，例如可以进一步基于该机械手的期望接触力，该目标物体对应于未脱离运动类型的期望碰撞后运动状态信息来综合确定该机械手的期望接触姿态。

得到期望接取信息后，在步骤S1013B-4中，获取该机械手作用于该目标物体的当前接取信息，并基于该当前接取信息及该期望接取信息，控制所述机械手接取目标物体。

例如，所述当前接取信息例如包括该机械手作用于该目标物体的当前接触力，该机械手的当前姿态角度。则所述控制过程例如可以为，通过调整该机械手的当前姿态角度使其等于期望姿态角度，且通过调整该机械手的当前接触力，使其等于期望接触力。

基于上述，本申请中，在所述目标物体在碰撞后处于未脱离运动类型时，通过获取该目标物体的期望碰撞后运动状态信息，基于该目标物体期望碰撞后运动状态信息，根据未脱离运动模型确定该机械手作用于该目标物体的期望接取信息，并实现对该机械手的接取过程的控制，使得能够可靠且高效地实现对该目标物体的接取。

在一些实施例中，在机械手接取目标物体后，在该机械手抓取目标物体前，该机械手还被配置为执行接取保持过程(也称为柔顺掌接)，具体地，在此过程中，机器人的机械手(例如机械手的手掌基部)将和目标物体保持相同的姿态，且令目标物体始终处于机械手上，不滑落。

具体地，在执行机械手接取目标物体时，机械手能够接住目标物体即需要将机械手的姿态调整到与目标物体完全一致，在实现机械手接取目标物体后，机械手需要保持在倾斜方向上的加速，从而使得通过惯性力来增大目标物体与机械手之间的支持力，进而保持目标物体与机械手之间的摩擦力。

此时机械手(例如机械手的手掌基部)与目标物体之间的接触为具有四个接触点的接触，为了使得物体不掉落，则物体与机械手之间的接触力需要满足如下条件：

式中P，Q分别为相应的权重。

在一些实施例中，所述机械手包括：手掌基部及从该手掌基部向外延伸形成的多个指状部，例如可以包括三个指状部，或者也可以包括五个指状部。本公开的实施例不受该指状部的具体组成数目及其形态的限制。

此时，控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体包括：控制所述多个指状部执行靠近彼此的握合运动；获取所述多个指状部中至少一个指状部的末端的接触力数据；且在所述接触力数据大于或等于预设接触力阈值时，停止所述握合运动。

例如，可以仅获取一个指状部末端的接触力数据，或者也可以获取多个指状部末端的接触力数据。本公开的实施例不受所采集的指状部末端的个数的限制。

例如，可以基于设置在各个指状部上的力传感器获取该指状部末端的接触力数据。或者也可以采用其他方式获取指状部末端的接触力数据。

所述接触力数据表征该指状部与目标物体间的接触力。所述预设接触力阈值例如是指该指状部良好抓取所述目标物体的情况下，所述指状部与该目标物体间的期望接触力数据；其例如可以根据物体属性参数设置，或者也可以由系统预先设置。本公开的实施例不受该预设接触力阈值的具体数据及设定方式的限制。

本申请中，在握合操作过程中，通过实时地采集指状部末端作用于目标物体的接触力数据，且在所采集的接触力数据大于等于预设接触力阈值的情况下停止握合操作，使得一方面能够良好实现对握合过程的控制，从而使得能够良好抓取目标物体；另一方面可以在实现抓取后及时停止进一步的接触力增加，防止对目标物体造成额外的压力或由于持续压力导致目标物体毁损的情况。

在一些实施例中，所述当前接取信息包括：机械手作用于该目标物体的当前接触力。

且获取该机械手作用于该目标物体的当前接触力包括：获取该目标物体的当前运动状态信息；基于该目标物体的当前运动状态信息，基于动力学方程确定该目标物体所受到的外部作用力；基于该外部作用力确定当前接触力。

具体地，例如可以通过前述动力学方程15)，基于目标物体的当前运动状态信息，来确定该目标物体所受到的外部作用力，并基于该目标物体所处的不同运动状态及受力情况，基于该外部作用力确定当前接触力。

基于上述，本申请中，通过检测目标物体的运动状态信息，基于该运动状态信息，经由动力学方程确定该目标物体所受到的外部作用力，并基于该外部作用力确定该机械手施加至该目标物体的当前接触力。相较于通过在机械手设置力传感器来检测接触力的情况，通过目标物体的运动状态来确定接触力的使得能够以简单便捷的方式实时地确定当前接触力，从而有利于精简机器人机械手的部件设置，同时提高检测精度。

接下来将结合具体实施例，对本申请中的机器人控制方法进行更具体的说明。图7示出了根据本公开实施例的机械手执行预设运动的示意图。图8示出了根据本公开实施例的机械手在执行预设运动过程中抓取目标物体的示意图。

该机器人例如包括机械手及与该机械手相连接以用于控制该机械手的运动的机械臂，且该机械手例如具有手掌基部及从该手掌基部向外延伸的4个指状部。图7中示出了该机器人的机械手部件。参照图7，该机械手例如被配置为执行预设运动，从起始点A运动至终止点B，例如该机械手被规划为沿特定轨迹从A点匀速运动至B点。

若在该机械手的预设运动轨迹上存在目标物体M时(此时该目标物体例如处于静止状态)，则该机器人将根据本申请中的机器人控制方法执行基于碰撞的动态抓取过程。具体地，当机器人检测到预设运动轨迹或轨迹附近区域存在目标物体M时，该机器人例如可以执行前述步骤S101的过程，控制所述机械手与目标物体碰撞。该控制过程例如可以如前述结合图2中的流程图所具体描述的，通过确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息(此处即为该静止的目标物体的当前质心运动位置、速度)；获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；并基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，以控制该机械手碰撞该目标物体。

由此，机械手将以目标运动状态信息与目标物体碰撞。图8中示出了机械手与目标物体的碰撞过程的示意图。碰撞后，机器人将进一步基于前述步骤S102的过程，确定所述目标物体的碰撞后运动类型，所述目标物体的碰撞后运动类型包括：脱离运动类型及未脱离运动类型。确定目标物体碰撞后运动类型的过程例如为前述参照图3A及图3B所具体描述的，在这里不再赘述。图8中示意性地示出了目标物体在脱离运动类型及未脱离运动类型下的运动状态。其后，机器人例如执行步骤S103的过程，基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手抓取所述目标物体。具体地，该机器人例如首先基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体，以使得所述目标物体位于所述机械手上且所述机械手与所述目标物体的姿态一致。不同碰撞后运动类型下的接取过程例如如前参照图5A-5C，图6A-图6B所详细说明的，在这里不再赘述。图8中示出了在两种不同碰撞后运动类型下最终实现接取目标物体的状态。其后，例如控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体，抓取所述目标物体的状态如图8所示。

由此，当在机器人的运动轨迹中有目标物体时，通过令机械手以目标运动状态碰撞目标物体会赋予目标物体一定初速度，此时完成后续的接取和握合操作以抓取目标物体时无需降低机械手的速度，也即，相比于无目标物体存在的情况，有目标物体时机械手的运动轨迹可以仅在机械手姿态上发生一定改变，而在机械手运动坐标位置上无变化，且能够实现令该机器人不进行减速过程。基于此，相比于传统的静态、准静态抓取过程，这样基于碰撞的动态抓取过程更加高效、快捷，且轨迹更加流畅。

根据本公开的另一方面，提出了一种机器人运动控制系统。图9示出了根据本发明实施例的自平衡机器人控制系统600的示例性框图。

所述机器人包括机械手，且所述系统包括：碰撞控制模块610、碰撞后运动类型确定模块620及抓取模块630。

所述碰撞控制模块610被配置为执行图1中步骤S101的过程，控制所述机械手与目标物体碰撞。

应了解，所述目标物体是指该机器人旨在抓取的物体。该目标物体例如可以处于静止或运动状态(例如匀速运动状态、匀加速度运动状态或变加速运动状态)，本公开的实施例不受该目标物体的运动状态的限制。

所述碰撞后运动类型确定模块620被配置为执行图1中步骤S102中的过程，确定所述目标物体的碰撞后运动类型，所述目标物体的碰撞后运动类型包括：脱离运动类型及未脱离运动类型。

所述目标物体的碰撞后运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后相对于机械手的运动类型。且其中，所述脱离运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后飞离该机械手。所述未脱离型运动类型是指，该目标物体在与机械手碰撞后，与该机械手在至少一个接触点上仍保持接触，且在该接触点上与机械手具有相同的运动状态(即在该接触点上二者处于协同运动状态)。

所述抓取模块630被配置为执行图1中步骤S103中的过程，基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手抓取所述目标物体。

例如，可以首先基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手执行对目标物体的接取步骤，使得所述目标物体处于接取状态；其后，控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。

基于上述，本申请中，通过设置动态抓取策略，具体地，通过首先控制机械手与目标物体碰撞，确定目标物体的碰撞后运动类型，并基于所确定的目标物体碰撞后运动类型，控制机械手抓取所述目标物体，实现了机器人在运动过程中对目标物体的抓取。相较于当前基于静态抓取策略的目标物体抓取过程，一方面，本申请通过采用基于碰撞的动态抓取策略，降低了抓取操作对机器人自身运动任务的影响，使得机器人在无需大幅度减速或停止运动的情况下，便能够实现良好可靠的目标物体抓取，从而使得抓取目标物体的过程不会对机器人的运动任务造成影响，有利于机器人兼顾目标物体抓取及自身运动任务的执行。另一方面，相较于静态抓取策略，采用基于碰撞的动态抓取策略使得目标物体的抓取更为流畅、连贯，智能化程度更高。

在一些实施例中，所述控制碰撞模块610包括：物体运动状态确定模块611、期望运动状态获取模块612、机械手碰撞信息生成模块613及碰撞产生模块614。

所述物体运动状态确定模块611被配置为执行图2中步骤S1011的过程，确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息。

所述碰撞初始时刻是指该机械手与该目标物体开始碰撞的时刻。根据实际需要，该碰撞初始时刻例如可以由系统预先设定，或者由用户选择。

所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息例如包括：该目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度中的一项或多项。

所述期望运动状态获取模块612被配置为执行图2中步骤S1012的过程，获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息。

所述碰撞结束时刻是指该机械手与该目标物体完成碰撞的时刻。所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息例如可以由系统预先设定，或者也可以由用户选择确定。

所述机械手碰撞信息生成模块613被配置为执行图2中步骤S1013的过程，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，基于碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

所述碰撞运动模型是指基于该机械手及该目标物体在碰撞过程中所具有的动力学特性而建立的运动模型，其旨在表征碰撞前机械手及目标物体的运动状态与碰撞后机械手与目标物体所具有的运动状态间的关系。

所述碰撞产生模块614被配置为执行图2中步骤S1014的过程，基于该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，控制该机械手碰撞该目标物体。

基于上述，本申请中，在控制该机械手与该目标物体进行碰撞的过程中，通过确定该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息；并获取该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息；且基于前述信息，根据碰撞运动模型确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，并控制该机械手碰撞该目标物体。使得能够根据碰撞运动模型，良好地基于目标物体在碰撞初始时刻的运动状态、结束时刻的期望运动状态，及机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态，求解得到该机械手在该碰撞初始时刻所应具有的运动状态，从而精确可靠地控制该机械手与该目标物体的碰撞过程。

在一些实施例中，所述目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息包括：所述目标物体在碰撞初始时刻的质心运动位置、质心运动速度、姿态角度、姿态角速度。

所述目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的期望速度，以及所述目标物体在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度。

所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息包括：所述机械手在碰撞结束时刻的期望质心运动位置、期望质心运动速度、期望姿态角度、期望姿态角速度。

所述机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息包括：机械手在碰撞初始时刻的目标位置、目标速度、目标姿态角度、目标姿态角速度。

通过设置该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息及机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的具体组成，使得能够基于该信息良好地反映机械手及目标物体在碰撞运动始末时刻的运动状态，从而有利于精确地确定机械手的碰撞初始时刻的目标运动状态信息，从而可靠地控制碰撞过程。

在一些实施例中，所述机械手碰撞信息生成模块613包括：碰撞冲量计算模块6131、碰撞点初始速度确定模块6132、机械手初始速度确定模块6133。

所述碰撞冲量计算模块6131被配置为执行图3A中步骤S1013-1的过程，基于该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息、该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的期望碰撞冲量。

所述期望碰撞冲量是指为了使得目标物体在碰撞结束时刻具有期望运动状态信息，该目标物体在碰撞过程中所期望积累的冲量值。

所述碰撞点初始速度确定模块6132被配置为执行图3A中步骤S1013-2的过程，基于该目标物体的期望碰撞冲量，该目标物体在碰撞结束时刻的期望运动状态信息、所述机械手在碰撞结束时刻的期望运动状态信息，确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度。

所述机械手初始速度确定模块6133被配置为执行图3A中步骤S1013-3的过程，基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度、该目标物体在碰撞初始时刻的运动状态信息，确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息。

基于上述，本申请中，在计算机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息时，通过基于碰撞运动模型，首先确定该目标物体的期望碰撞冲量；基于该目标物体的期望碰撞冲量确定该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度；从而基于该目标物体的碰撞点在碰撞初始时刻的期望运动速度确定该机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息，使得能够在良好满足碰撞的运动学约束的前提下，准确且可靠的实现对机械手在碰撞初始时刻的目标运动状态信息的确定。

在一些实施例中，所述碰撞后运动类型确定模块620包括：碰撞结束运动状态获取模块621、运动状态比较模块622、运动类型确定模块623。

所述碰撞结束运动状态获取模块612被配置为获取该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息及该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息。

所述目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息例如包括碰撞点在运动结束时刻的运动速度。所述机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息例如包括该机械手的运动速度。然而，应了解，还可以根据实际需要，获取其他运动状态信息。

所述运动状态比较模块622被配置为将该目标物体的碰撞点在碰撞结束时刻的运动状态信息与该机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息相比较。

所述运动类型确定模块623被配置为基于比较结果确定该目标物体的碰撞后运动类型。

基于上述，本申请中，通过比较目标物体的碰撞点及机械手在碰撞结束时刻的运动状态信息，使得能够以简单便捷地方式判断目标物体的碰撞后运动类型，从而有利于后续基于该碰撞后运动类型执行不同的操作实现对目标物体的接取。

在一些实施例中，所述抓取模块630包括：接取操作模块631及握合操作模块632。

所述接取操作模块631被配置为基于所述目标物体的碰撞后运动类型，控制所述机械手接取目标物体，以使得所述目标物体位于所述机械手上且所述机械手与所述目标物体的姿态一致。

具体地，例如所述机械手包括手掌基部及从该手掌基部向外延伸形成的多个指状部，则所述接取状态是指该目标物体位于该机械手的手掌基部上且与该手掌基部相接触，且所述目标物体与所述机械手的手掌基部具有相同的姿态角度。

所述握合操作模块632被配置为控制所述机械手执行握合操作，以抓取所述目标物体。

基于此，本申请中，通过基于所述目标物体的碰撞后运动类型控制所述机械手接取目标物体，随后控制所述机械手执行握合操作以抓取物体，使得能够以稳定且可靠的方式实现对目标物体的动态抓取过程。

在一些实施例中，所述机器人控制系统能够执行如前所述的方法，具有如前所述的功能。

根据本公开的另一方面，提出了一种机器人。所述机器人包括机械手，且其中，该机器人具有如前所述的机器人控制系统，能够执行如前所述的机器人控制方法，实现如前所述的基于碰撞的动态抓取功能。

此外，机器人还可以包括总线、存储器、传感器组件、控制器、通信模块和输入输出装置等。

总线可以是将该机器人的各部件互连并在各部件之中传递通信信息(例如，控制消息或数据)的电路。

传感器组件可以用于对物理世界进行感知，例如包括摄像头、红外传感器超声波传感器等。此外，传感器组件还可以包括用于测量机器人当前运行及运动状态的装置，例如霍尔传感器、激光位置传感器、或应变力传感器等。

控制器用于对机器人的操作进行控制，例如以人工智能的控制方式。所述控制器例如包括处理装置。处理装置可以包括微处理器、数字信号处理器(“DSP”)、专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)、状态机或用于处理从传感器线接收的电信号的其他处理器件。这种处理器件可以包括可编程电子设备，例如PLC，可编程中断控制器(“PIC”)、可编程逻辑器件(“PLD”)、可编程只读存储器(“PROM”)、电子可编程只读存储器(“EPROM”或“EEPROM”)等。

通信模块例如可以通过有线或无效与网络连接，以便于与物理世界(例如，服务器)通信。通信模块可以是无线的并且可以包括无线接口，例如IEEE 802.11、蓝牙、无线局域网(“WLAN”)收发器、或用于接入蜂窝电话网络的无线电接口(例如，用于接入CDMA、GSM、UMTS或其他移动通信网络的收发器/天线)。在另一示例中，通信模块可以是有线的并且可以包括诸如以太网、USB或IEEE 1394之类的接口。

输入输出装置可以将例如从用户或任何其他外部设备输入的命令或数据传送到机器人的一个或多个其他部件，或者可以将从机器人的一个或多个其他部件接收的命令或数据输出到用户或其他外部设备。

多个机器人可以组成机器人系统以协同地完成一项任务，该多个机器人通信地连接到服务器，并且从服务器接收协同机器人指令。

本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“第一/第二实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

除非另有定义，这里使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员共同理解的相同含义。还应当理解，诸如在通常字典里定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

上面是对本发明的说明，而不应被认为是对其的限制。尽管描述了本发明的若干示例性实施例，但本领域技术人员将容易地理解，在不背离本发明的新颖教学和优点的前提下可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都意图包含在权利要求书所限定的本发明范围内。应当理解，上面是对本发明的说明，而不应被认为是限于所公开的特定实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改意图包含在所附权利要求书的范围内。本发明由权利要求书及其等效物限定。