基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法、装置及跑步机与流程

1.本技术涉及机器人技术领域，例如涉及一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法、装置及跑步机。

背景技术：

2.万向跑步机是一台可以朝任意方向、移动、奔跑的机器，万向跑步机对虚拟现实(virtual reality，vr)领域具有重要意义，可大大提高vr用户身临其境的体验感。
3.如图1所示，万向跑步机在用户腰部高度的位置设置安全环，用于保护用户的安全；万向跑步机的跑步台面呈凹陷状，用户脚上穿戴有鞋套，以降低脚底与跑步台面的摩擦力，用户可在跑步台面上“滑动行走”。当用户在跑步台面上滑动行走时，可利用追踪器捕捉用户腿部的移动，获得移动的步幅和步频，并将步幅和步频映射至vr虚拟场景中的虚拟人物上，实现了虚拟人物与现实用户的同步移动。
4.在实现本技术实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：
5.这种万向跑步机仍无法使用户体验到虚拟环境(例如虚拟沼泽地面、虚拟石头地面)的变化。另外，现有技术中机器人的触觉反馈控制技术，可通过外骨骼机器人向用户反馈触觉。为了实现万向跑步机向用户反馈触觉，如何结合机器人的触觉反馈控制技术与vr技术，尤其是如何使机器人与虚拟人物实现自由转身，是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

6.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。
7.本技术实施例提供了一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法、装置及跑步机，以将虚拟场景中不同环境(例如虚拟沼泽地面、虚拟石头地面)的变化以触觉的形式反馈给用户，进一步提高用户身临其境的感受。
8.在一些实施例中，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法包括：获得用户躯干的当前扭转角度；根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，并根据所述当前旋转方向驱动所述旋转装置；获得所述旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由所述当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照所述当前第二旋转参数完成转身动作；在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数；其中，所述外骨骼机器人悬空，所述旋转装置拖动所述外骨骼机器人在水平面内旋转。
9.可选地，根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，包括：获得所述当前扭转角度的当前角度变化率，以及所述当前扭转角度对应的当前扭转方向；根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确
定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图；将所述当前转身意图表示的方向确定为所述当前旋转方向。
10.可选地，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图，包括：在所述当前扭转方向为向左扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向左扭转的角度增大的情况下，将向左转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图；在所述当前扭转方向为向右扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向右扭转的角度增大的情况下，将向右转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图。
11.可选地，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图，包括：在所述当前扭转方向为向左扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向左扭转的角度不变，或者向左扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图；在所述当前扭转方向为向右扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向右扭转的角度不变，或者向右扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图。
12.可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法还包括：获得所述外骨骼机器人的当前第一外展角度或当前第一内收角度；以将所述当前第一外展角度或所述当前第一内收角度映射至所述虚拟环境，获得所述虚拟环境中所述虚拟人物的当前第二外展角度或当前第二内收角度，控制所述虚拟人物按照所述当前第二外展角度或所述当前第二内收角度进行动作。
13.可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法还包括：获得所述外骨骼机器人的当前第一内旋角度或当前第一外旋角度；以将所述当前第一内旋角度或当前第一外旋角度映射至所述虚拟环境，获得所述虚拟环境中所述虚拟人物的当前第二内旋角度或当前第二外旋角度，控制所述虚拟人物按照所述当前第二内旋角度或所述当前第二外旋角度进行动作。
14.可选地，在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，包括：
15.在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的当前第一虚拟运动参数；获得所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际运动参数；获得所述当前第一实际运动参数与所述当前第一虚拟运动参数的当前第一运动参数差值；根据运动参数与力的对应关系，获得所述当前第一运动参数差值对应的当前第一力；根据所述当前第一力对所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制；
16.或者，
17.在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的髋关节在前后自由度上的当前第一虚拟力；获得用户施加给外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际力；获得所述当前第一实际力与所述当前第一虚拟力的当前第一力差值；根据力与运动参数的对应关系，获得所述当前第一力差值对应的当前第一运动参数；根据所述当前第一运动参数对所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制。
18.可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法还包括：在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数；根据所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制所述外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数。
19.在一些实施例中，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置包括第一获得模块第一控制模块、第二获得模块和第二控制模块；所述第一获得模块用于获得用户躯干的当前扭转角度；所述第一控制模块用于根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，并根据所述当前旋转方向驱动所述旋转装置；所述第二获得模块用于获得所述旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由所述当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照所述当前第二旋转参数完成转身动作；所述第二控制模块用于在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数；其中，所述外骨骼机器人悬空，所述旋转装置拖动所述外骨骼机器人在水平面内旋转。
20.在一些实施例中，基于外骨骼和旋转装置实现转身的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基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。
21.在一些实施例中，跑步机包括前述实施例提供的基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置。
22.本技术实施例提供的基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法、装置和跑步机，可以实现以下技术效果：
23.外骨骼机器人悬空，穿戴外骨骼机器人的用户即可自由前进或后退，通过用户躯干的当前扭转角度，来控制旋转装置的转动方向，进而使旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转，用户可自由转身；在另一个方面，将转动装置的当前第一旋转参数映射至虚拟环境，获得当前第二旋转参数，再利用该当前第二旋转参数控制虚拟人物转身，实现了用户与虚拟人物同步转身，在虚拟人物的转身动作中，虚拟人物的髋关节的力参数或运动参数均会发生与转身动作对应的变化，此时，再利用虚拟人物的髋关节的力参数或运动参数在前后自由度对外骨骼机器人的髋关节进行控制，这样，外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数与虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数实现同步，并且，虚拟环境中的相关环境参数，例如沼泽地面、石头地面等，也可通过外骨骼机器人向用户反馈触觉；再进一步地，旋转装置不仅用于调整虚拟人物在虚拟场景中的转身动作，还用于拖动外骨骼机器人的在水平面内旋转，这样，外骨骼机器人的旋转和外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的动作同时完成，实现了机器人与虚拟人物的自由转身，并且，外骨骼机器人可同时向用户反馈转身动作以及虚拟环境相关的触觉，使用户体验到虚拟环境的变化，提高了用户的使用体验。
24.以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本技术。
附图说明
25.一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：
26.图1是一种万向跑步机的使用场景示意图；
27.图2是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法流程示意图；
28.图3a～图3d是本技术实施例提供的髋关节的三个自由度的示意图；
29.图4是本技术实施例提供的一种确定当前旋转方向的过程的示意图；
30.图5是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置的示意图；
31.图6是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置的示意图。
具体实施方式
32.为了能够更加详尽地了解本技术实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本技术实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本技术实施例。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。
33.本技术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，以便这里描述的本技术实施例的实施例。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。
34.除非另有说明，术语“多个”表示两个以上。
35.本技术实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，a/b表示：a或b。
36.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。
37.在本技术实施例中，外骨骼机器人的腰部与支架固定连接，该支架可使外骨骼机器人的脚部悬空，支架通过旋转装置与固定架连接，这里的固定架可设置在支架的底部，还可设置在支架的顶部，该固定架可固定于地面，还可固定于墙壁，还可固定于屋顶。
38.在旋转装置转动的情况下，可拖动支架相对于固定架转动，由于外骨骼机器人的腰部与支架固定连接，外骨骼机器人跟随支架转动。进一步地，外骨骼机器人的旋转轴可为外骨骼机器人的垂直轴。
39.具体地，旋转装置可包括扭转轴和电机，电机可驱动旋转装置围绕扭转轴进行旋转。
40.外骨骼机器人可包括控制左髋关节旋转的电机、控制左膝关节旋转的电机、控制右髋关节旋转的电机、控制右膝关节旋转的电机，以及多个压力/扭矩传感器，多个压力/扭矩传感器包括但不限于：左髋扭矩传感器、左膝扭矩传感器、左足压力传感器、右髋扭矩传感器、右膝扭矩传感器以及右足压力传感器。
41.再进一步地，与外骨骼机器人的腰部连接的支架可上下移动，以实现对外骨骼机器人的高度的调整。
42.图2是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法的流程示意图。
43.结合图2所示，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法包括：
44.s201、获得用户躯干的当前扭转角度。
45.该当前扭转角度指的用户躯干在水平面投影的扭转角度，例如，可在用户背部设置陀螺仪，通过陀螺仪获得用户躯干的当前扭转角度。
46.该当前扭转角度是用户躯干相对于外骨骼机器人的扭转角度。在具体应用中，当前扭转角度的起始点，也即零角度，为预设方向，角度的正负也为预设方向，例如，可将外骨骼机器人的正前方设置为零角度，将逆时针方向定义为正向，将顺时针方向定义为负向。这样，如果用户躯干向左扭转，则当前扭转角度为正值，如果用户躯干向右扭转，则当前扭转角度为负值。
47.本技术实施例中的“左”和“右”，均以用户的正前方或外骨骼机器人的正前方为基准。本技术实施例中的“顺时针”、“逆时针”，指的是在外骨骼机器人的俯视图上的顺时针方向和逆时针方向。这里对“左”、“右”、“顺时针”以及“逆时针”的具体定义，仅用于更详细地对本技术方案进行说明，不对本技术的技术方案构成实质限定，在具体应用中，还可依据其他使用习惯定义“左”、“右”、“顺时针”以及“逆时针”。
48.s202、根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向，并根据当前旋转方向驱动旋转装置。
49.当前旋转方向可为逆时针旋转或顺时针旋转。
50.扭转角度与旋转方向的对应关系可为一一对应数据表的形式。这种情况下，可预先将扭转角度与旋转方向的对应关系存储在数据库中，在获得当前扭转角度之后，通过查询数据库，即可获得当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向。
51.扭转角度与旋转方向的对应关系，还可为公式的形式，其中，扭转角度为公式的自变量，旋转方向为公式的因变量。这种情况下，可预先存储扭转角度与旋转方向的公式，在获得当前扭转角度之后，将当前扭转角度作为自变量带入预先存储的公式，公式的计算结果(因变量)即为当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向。
52.在扭转角度与旋转方向的对应关系中，扭转角度用于表示用户的转身意图，旋转方向用于表示实际的转身动作，这样，旋转装置可依据用户意图进行旋转，拖动外骨骼机器人按照用户意图在水平面内转身。
53.s203、获得旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照当前第二旋转参数完成转身动作。
54.当前第一旋转参数和当前第二旋转参数可包括旋转角度，或者，旋转速度，或者，旋转速度和旋转角度。
55.当前第一旋转参数和当前第二旋转参数通常为1：1的关系，当然，在其他的特殊场景中，当前第一旋转参数和当前第二旋转参数的映射关系可依据特殊场景的独特需要进行调整。例如，在用户躯干不便于扭转的情况下，可将当前第一旋转参数和当前第二旋转参数的比例设置为小于1。
56.使虚拟环境中的虚拟人物按照当前第二旋转参数完成转身动作的步骤，通常由物
理引擎完成。
57.进一步地，使虚拟环境中的虚拟人物按照当前第二旋转参数完成转身动作，包括：
58.在当前第二旋转参数包括旋转角度的情况下，物理引擎使虚拟人物转动当前第二旋转参数包括的旋转角度，完成转身动作；
59.在当前第二旋转参数包括旋转速度的情况下，物理引擎使虚拟人物以当前第二旋转参数包括的旋转速度进行转身；
60.在当前第二旋转参数包括旋转速度和旋转角度的情况下，物理引擎使虚拟人物按照当前第二旋转参数中的旋转速度，旋转当前第二旋转参数中的旋转角度，完成转身动作。
61.s204、在虚拟人物完成转身动作的过程中，根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数。
62.其中，旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转。在旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转的过程中，旋转装置的旋转角度与外骨骼机器人的旋转角度可相同。在外骨骼机器人转身的同时，外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行调整，为用户带来较佳的转身体验，同时还有利于实现外骨骼机器人与虚拟人物的同步转身。
63.本技术实施例中的运动参数可为位移、速度和加速度中的至少一个。
64.虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，受虚拟环境以及虚拟人物的动作状态的影响；虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数可由物理引擎发送至外骨骼机器人的控制器。
65.进一步地，在虚拟人物完成转身动作的过程中，根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，可包括：在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的髋关节在前后自由度的当前第一虚拟运动参数；获得外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际运动参数；获得当前第一实际运动参数与当前第一虚拟运动参数的当前第一运动参数差值；根据运动参数与力的对应关系，获得当前第一运动参数差值对应的当前第一力；根据当前第一力对外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制。
66.或者，在虚拟人物完成转身动作的过程中，根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，可包括：在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的髋关节在前后自由度上的当前第一虚拟力；获得用户施加给外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际力；获得当前第一实际力与当前第一虚拟力的当前第一力差值；根据力与运动参数的对应关系，获得当前第一力差值对应的当前第一运动参数；根据当前第一运动参数对外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制。其中，当前第一虚拟力指的是虚拟环境施加给髋关节的作用力。
67.上述运动参数与力的对应关系，可为阻抗控制模型下的运动参数与力的对应关系；上述力与运动参数的对应关系，同样可为阻抗控制模型下的力与运动参数的对应关系。
68.阻抗控制模型为：
[0069][0070]
其中，f为力，m为研究对象的惯性系数，b为研究对象的阻尼系数，k为研究对象的弹性系数，为研究对象的加速度，为研究对象的速度，x为研究对象的位移。
[0071]
在获得当前第一运动参数差值对应的当前第一力的情况下，将当前第一运动参数差值代入上述模型中的位移、速度或加速度，计算出的f即为当前第一力。
[0072]
在获得当前第一力差值对应的当前第一运动参数的情况下，将当前第一力差值代入上述模型中的f，计算出的位移、速度和加速度中的至少一个即为当前第一运动参数。
[0073]
外骨骼机器人悬空，穿戴外骨骼机器人的用户即可自由前进或后退，通过用户躯干的当前扭转角度，来控制旋转装置的转动方向，进而使旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转，用户可自由转身；在另一个方面，将转动装置的当前第一旋转参数映射至虚拟环境，获得当前第二旋转参数，再利用该当前第二旋转参数控制虚拟人物转身，实现了用户与虚拟人物同步转身，在虚拟人物的转身动作中，虚拟人物的髋关节的力参数或运动参数均会发生与转身动作对应的变化，此时，再利用虚拟人物的髋关节的力参数或运动参数在前后自由度对外骨骼机器人的髋关节进行控制，这样，外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数与虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数实现同步，并且，虚拟环境中的相关环境参数，例如沼泽地面、石头地面等，也可通过外骨骼机器人向用户反馈触觉；再进一步地，旋转装置不仅用于调整虚拟人物在虚拟场景中的转身动作，还用于拖动外骨骼机器人的在水平面内旋转，这样，外骨骼机器人的旋转和外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的动作同时完成，实现了机器人与虚拟人物的自由转身，并且，外骨骼机器人可同时向用户反馈转身动作以及虚拟环境相关的触觉，使用户体验到虚拟环境的变化，提高了用户的使用体验。
[0074]
在本技术实施例中，虚拟环境以及虚拟人物可通过物理引擎来构建。物理引擎可模拟多种场景的虚拟环境，不同虚拟环境的配置参数不同，配置参数用于确定虚拟环境中各物体的性质，包括虚拟环境中各物体的：物理属性、材料属性、几何属性以及物体之间的连接关系。其中，物理属性表示虚拟环境中物体的质量、位置、旋转角度、速度和阻尼等性质；材料属性表示虚拟环境中物体的材质特性，例如，密度、摩擦系数、恢复系数等；几何属性表示虚拟环境中物体的几何形状；物体之间的连接关系则表示了虚拟环境中物体之间的关联关系。
[0075]
物理引擎可以看成是一系列运算规则的集合，各运算规则符合牛顿三大定律，通过为刚性物体赋予真实的物理属性来计算运动、旋转和碰撞反应，在物理引擎中可以模拟真实世界中各种物体运动以及相互作用的规律。预先在物理引擎中构建虚拟环境，并在虚拟环境中构建虚拟对象。物理引擎可以是havok、novodex、bullet、ode、tokmak、newton、simple physics engine等，当然，上述列举仅对物理引擎进行示例性说明，除上述列举的之外的现有技术中的其他物理引擎，也适用于本技术。
[0076]
虚拟环境会对虚拟人物产生作用力，不用的虚拟环境对虚拟人物产生的作用力不同。例如，沼泽地面以及石头地面对虚拟人物产生的阻滞作用不同，利用本技术实施例提供的基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法，沼泽地面以及石头地面对虚拟人物产生的不同的阻滞作用，均可通过外骨骼机器人反馈给用户，这样，用户可获得更加真实的在沼泽地面行走以及石头地面行走的体验。
[0077]
结合图3a～图3d，对机器人髋关节的三个自由度进行示例性说明。
[0078]
其中，图3a和图3b示出了髋关节在前后自由度的两个角度，如图3a所示，在大腿骨向前摆动时，大腿骨与人体冠状面之间的角度θ1为屈曲角度；在大腿骨向后摆动时，大腿骨
与人体冠状面之间的角度θ2为后伸角度。
[0079]
图3c示出了髋关节在左右自由度的两个角度，在大腿骨向远离人体矢状面的方向摆动时，大腿骨与人体矢状面之间的角度θ3为外展角度；在大腿骨向靠近人体矢状面的方向摆动时，大腿骨与人体矢状面之间的角度θ4为内收角度。
[0080]
图3d示出了髋关节在自旋自由度的两个角度，在膝关节弯曲的情况下，使小腿骨向靠近人体矢状面的方向转动的髋关节的旋转角度θ5为内旋角度；在膝关节弯曲的情况下，使小腿骨向远离矢状面的方向转动的髋关节的旋转角度θ6为外旋角度。
[0081]
本技术实施例中控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数，指的是控制图3a的θ1的大小及其变化速度，或者，控制图3b的θ2的大小以及其变化速度；本技术实施例中控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的力参数，指的是控制髋关节输出的可调整图3a的θ1的大小及其变化速度的力矩，或者，控制髋关节输出的可调整图3b的θ2的大小及其变化速度的力矩。
[0082]
通过根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，可将虚拟环境对虚拟人物的髋关节在前后自由度的影响，通过外骨骼机器人反馈至用户，进一步提高用户身临其境的体验。
[0083]
可将外骨骼机器人在左右自由度和自旋自由度的运动参数同步至虚拟环境中的虚拟人物，实现虚拟人物和外骨骼机器人在左右自由度和自旋自由度的运动同步。
[0084]
也即，在髋关节的前后自由度上，虚拟人物通过外骨骼机器人向用户反馈触觉；在髋关节的左右自由度以及自旋自由度上，虚拟人物并没有通过外骨骼机器人向用户反馈触觉，而是直接将外骨骼机器人的运动参数同步至虚拟人物。
[0085]
在通常情况下，外骨骼机器人用于辅助用户在真实地面行走，外骨骼机器人以双足为着力点，髋关节在三个自由度协同动作，最终实现转身动作。而在本技术实施例中，外骨骼机器人悬空，其转身动作是通过检测用户躯干的扭转角度，进而由旋转装置的拖动外骨骼机器人的旋转实现的。在这个过程中，外骨骼机器人的双足无着力点。所以，用户穿戴外骨骼机器人悬空“行走”过程中髋关节的发力情况，与用户穿戴外骨骼机器人在真实地面上行走过程中髋关节的发力情况不同，用户的髋关节在左右自由度以及自旋自由度施加给外骨骼机器人的力/力矩无法与外骨骼机器人的动作状态匹配。
[0086]
这种情况下，通过根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，将外骨骼机器人在左右自由度和自旋自由度的运动参数同步至虚拟环境中的虚拟人物，一方面可以使虚拟环境对虚拟人物的影响通过外骨骼机器人反馈给用户，另一方面，在转身过程中，用户髋关节在左右自由度以及自旋自由度可自由活动，提高用户在转身过程中舒适度，提高用户的使用体验。
[0087]
在上述实施例中，同时将外骨骼机器人在左右自由度和自旋自由的运动参数同步至虚拟人物，在实际应用过程中，还可选择仅将外骨骼机器人在左右自由度的运动参数同步至虚拟人物，或者，仅将外骨骼机器人在自旋自由度的运动参数同步至虚拟人物。
[0088]
进一步地，将外骨骼机器人在左右自由度的运动参数同步至虚拟人物，可包括：获得外骨骼机器人的当前第一外展角度或当前第一内收角度；以将当前第一外展角度或当前第一内收角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二外展角度或当前第二内收角度，控制虚拟人物按照当前第二外展角度或当前第二内收角度进行动作。
[0089]
将外骨骼机器人在自旋自由度的运动参数同步至虚拟人物，可包括：获得外骨骼机器人的当前第一内旋角度或当前第一外旋角度；以将当前第一内旋角度或当前第一外旋角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二内旋角度或当前第二外旋角度，控制虚拟人物按照当前第二内旋角度或当前第二外旋角度进行动作。
[0090]
可通过设置在大腿骨上的陀螺仪获得当前第一外展角度、当前第一内收角度、当前第一内旋角度或当前第一外旋角度。
[0091]
在具体应用过程中，可由物理引擎或其配套设备执行如下步骤：将当前第一外展角度或当前第一内收角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二外展角度或当前第二内收角度，控制虚拟人物按照当前第二外展角度或当前第二内收角度进行动作。
[0092]
可由物理引擎或其配套设备执行如下步骤：将当前第一内旋角度或当前第一外旋角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二内旋角度或当前第二外旋角度，控制虚拟人物按照当前第二内旋角度或当前第二外旋角度进行动作。
[0093]
采用上述技术方案，使外骨骼机器人和虚拟人物在髋关节的左右自由度和/或自旋自由度上实现了运动参数的同步。
[0094]
以下再对确定当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向的过程进行详细说明。
[0095]
结合图4所示，根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向，包括：
[0096]
s401、获得当前扭转角度的当前角度变化率，以及当前扭转角度对应的当前扭转方向。
[0097]
其中，当前扭转方向为向左扭转，或，向右扭转。以用户正前方，或外骨骼机器人正前方为零角度，逆时针方向为正向，顺时针方向为负向的情况下，如果当前扭转角度大于零，则当前扭转角度对应的扭转方向为向左扭转；如果当前扭转角度小时零，则当前扭转角度对应的扭转方向为向右扭转。
[0098]
s402、根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0099]
转身意图可为向左转身、向右转身或停止转身。
[0100]
角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系可为一一对应数据表的形式。这种情况下，可预先将角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系存储在数据库中，在获得当前角度变化率以及当前扭转方向后，通过查询数据库，即可获得当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0101]
角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，还可为公式的形式，其中，角度变化率以及扭转角度为公式的自变量，转身意图为公式的因变量。这种情况下，可预先存储角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，在获得当前角度变化率和当前扭转方向后，将当前角度变化率和当前扭转方向代入预先存储的公式，公式的计算结果(因变量)即为当前角度变化率以及当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0102]
具体地，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图，可包括：
[0103]
在当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度增大的情况下，将向左转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；
[0104]
在当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度增大的情况下，将向右转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0105]
以用户正前方，或外骨骼机器人正前方为零角度，逆时针方向为正向，顺时针方向为负向的情况下，如果当前扭转角度大于零，且当前扭转角度的导数大于零，则确定当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度增大；如果当前扭转角度小于零，且当前扭转角度的导数小于零，则确定当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度增大。
[0106]
采用上述方案可获得当前角度变化率以及当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0107]
可选地，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图，包括：
[0108]
在当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度不变，或者向左扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；
[0109]
在当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度不变，或者向右扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0110]
以用户正前方，或外骨骼机器人正前方为零角度，逆时针方向为正向，顺时针方向为负向的情况下，如果当前扭转角度大于零，且当前扭转角度的导数等于零，则确定当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度不变；如果当前扭转角度大于零，且当前扭转角度的导数小于零，则确定当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度减小；
[0111]
如果当前扭转角度小于零，且当前扭转角度的导数等于零，则确定当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度不变；如果当前扭转角度小于零，且当前扭转角度的导数大于零，则确定当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度减小。
[0112]
采用上述方案可获得当前角度变化率以及当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0113]
再进一步地，上述几种确定转身意图的方案可结合为：
[0114]
在当前扭转方向为向左扭转的情况下，如果当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度增大，则将向左转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；如果当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度不变或减小，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；
[0115]
在当前扭转方向为向右扭转的情况下，如果当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度增大，则将向右转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；如果当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度不变或减小，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0116]
在本技术实施例中，用户躯干扭转角度是以外骨骼机器人为参考系计算的，旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转，其旋转角度是以地面为参考系计算的。因此，在以
地面为参考系的情况下，用户躯干的扭转角度必然大于外骨骼机器人的旋转角度，即，在具体使用过程中，用户躯干必然会伴随着扭转过程-回正过程，这样，采用上述技术方案，在用户躯干扭转的过程中，使旋转装置拖动外骨骼机器人旋转，在用户躯干回正过程中，将转身意图判定为停止转身，使旋转装置停止转动，以避免旋转装置在用户躯干回正过程中出现误动作。最终使用户可顺利转身。
[0117]
s403、将当前转身意图表示的方向确定为当前旋转方向。
[0118]
例如，以用户正前方，或外骨骼机器人正前方为零角度，逆时针方向为正向，顺时针方向为负向。在当前转身方向为向左转身的情况下，当前转身意图表示的方向为向左，向左对应逆时针旋转，则当前旋转方向为逆时针旋转；在当前转身方向为向右转身的情况下，当前转身意图表示的方向为向右，向右对应顺时针旋转，则当前旋转方向为顺时针旋转。
[0119]
进而根据当前旋转方向驱动旋转装置。
[0120]
进一步地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法还包括：在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数；根据虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数。其中，虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数受虚拟环境和虚拟人物的动作状态的影响，虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数可由物理引擎发送给外骨骼机器人。
[0121]
这样，虚拟环境对虚拟人物的膝关节的作用力，也可通过外骨骼机器人反馈给用户，提高了用户的使用体验。
[0122]
具体地，根据虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数，可包括：在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的膝关节的当前第二虚拟运动参数；获得外骨骼机器人的膝关节的当前第二实际运动参数；获得当前第二实际运动参数与当前第二虚拟运动参数的当前第二运动参数差值；根据运动参数与力的对应关系，获得当前第二运动参数差值对应的当前第二力；根据当前第二力对外骨骼机器人的膝关节进行控制。
[0123]
或者，根据虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数，可包括：
[0124]
在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的膝关节的当前第二虚拟力；获得用户施加给外骨骼机器人的膝关节的当前第二实际力；获得当前第二实际力与当前第二虚拟力的当前第二力差值；根据力与运动参数的对应关系，获得当前第二力差值对应的当前第二运动参数；根据当前第二运动参数对外骨骼机器人的膝关节进行控制。
[0125]
上述第二虚拟力指的是虚拟环境施加给膝关节的作用力。
[0126]
利用本技术实施例提供的基于无骨骼和旋转装置实现转身的方法，物理引擎可模拟平坦路面、斜坡、丘陵、凹坑等，并且，平坦路面还可以是石子路、柏油路以及障碍物等路面。
[0127]
图5是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置的示意图。
[0128]
结合图5所示，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置包括第一获得模块51、第一控制模块52、第二获得模块53和第二控制模块54。第一获得模块51用于获得用户躯干的当前扭转角度；第一控制模块52用于根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定当前扭转角
度对应的旋转装置的当前旋转方向，并根据当前旋转方向驱动旋转装置；第二获得模块53用于获得旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照当前第二旋转参数完成转身动作；第二控制模块54用于在虚拟人物完成转身动作的过程中，根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数；其中，外骨骼机器人悬空，旋转装置拖动外骨骼机器人在水平面内旋转。
[0129]
可选地，第一控制模块52包括获得单元、第一确定单元和第二确定单元；获得单元用于获得当前扭转角度的当前角度变化率，以及当前扭转角度对应的当前扭转方向；第一确定单元用于根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；第二确定单元用于将当前转身意图表示的方向确定为当前旋转方向。
[0130]
可选地，第一确定单元具体用于在当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度增大的情况下，将向左转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；在当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度增大的情况下，将向右转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0131]
可选地，第一确定单元具体用于在当前扭转方向为向左扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向左扭转的角度不变，或者向左扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图；在当前扭转方向为向右扭转，且当前角度变化率表示用户躯干向右扭转的角度不变，或者向右扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为当前角度变化率、当前扭转方向对应的当前转身意图。
[0132]
可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置还包括第三获得模块；第三获得模块用于获得外骨骼机器人的当前第一外展角度或当前第一内收角度；以将当前第一外展角度或当前第一内收角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二外展角度或当前第二内收角度，控制虚拟人物按照当前第二外展角度或当前第二内收角度进行动作。
[0133]
可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置还包括第四获得模块；第四获得模块用于获得外骨骼机器人的当前第一内旋角度或当前第一外旋角度；以将当前第一内旋角度或当前第一外旋角度映射至虚拟环境，获得虚拟环境中虚拟人物的当前第二内旋角度或当前第二外旋角度，控制虚拟人物按照当前第二内旋角度或当前第二外旋角度进行动作。
[0134]
可选地，第二控制模块54包括第一控制单元或第二控制单元。第一控制单元用于在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的髋关节在前后自由度的当前第一虚拟运动参数；获得外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际运动参数；获得当前第一实际运动参数与当前第一虚拟运动参数的当前第一运动参数差值；根据运动参数与力的对应关系，获得当前第一运动参数差值对应的当前第一力；根据当前第一力对外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制；第二控制单元用于在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得虚拟人物的髋关节在前后自由度上的当前第一虚拟力；获得用户施加给外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际力；获得当前第一实际力与当前第一虚拟力的
当前第一力差值；根据力与运动参数的对应关系，获得当前第一力差值对应的当前第一运动参数；根据当前第一运动参数对外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制。
[0135]
可选地，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置还包括第五获得模块和第三控制模块。第五获得模块用于在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数；第三控制模块用于根据所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制所述外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数。
[0136]
在一些实施例中，基于外骨骼和旋转装置实现转身的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基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。
[0137]
图6是本技术实施例提供的一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置的示意图。结合图6所示，基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置包括：
[0138]
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基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。
[0139]
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。
[0140]
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，如本技术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。
[0141]
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。
[0142]
本技术实施例提供了一种跑步机，包含前述实施例提供的基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置。
[0143]
本技术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基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。
[0144]
本技术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基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。
[0145]
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。
[0146]
本技术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)执行本技术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。
[0147]
以上描述和附图充分地示出了本技术的实施例，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，本技术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，当用于本技术中时，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。
[0148]
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技术实施例的范围。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。
[0149]
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，在本技术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。
[0150]
附图中的流程图和框图显示了根据本技术实施例的系统、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。

技术特征：

1.一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法，其特征在于，包括：获得用户躯干的当前扭转角度；根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，并根据所述当前旋转方向驱动所述旋转装置；获得所述旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由所述当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照所述当前第二旋转参数完成转身动作；在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数；其中，所述外骨骼机器人悬空，所述旋转装置拖动所述外骨骼机器人在水平面内旋转。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，包括：获得所述当前扭转角度的当前角度变化率，以及所述当前扭转角度对应的当前扭转方向；根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图；将所述当前转身意图表示的方向确定为所述当前旋转方向。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图，包括：在所述当前扭转方向为向左扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向左扭转的角度增大的情况下，将向左转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图；在所述当前扭转方向为向右扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向右扭转的角度增大的情况下，将向右转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据角度变化率、扭转方向以及转身意图的对应关系，确定所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的当前转身意图，包括：在所述当前扭转方向为向左扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向左扭转的角度不变，或者向左扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图；在所述当前扭转方向为向右扭转，且所述当前角度变化率表示所述用户躯干向右扭转的角度不变，或者向右扭转的角度减小的情况下，将停止转身确定为所述当前角度变化率、所述当前扭转方向对应的所述当前转身意图。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获得所述外骨骼机器人的当前第一外展角度或当前第一内收角度；以将所述当前第一外展角度或所述当前第一内收角度映射至所述虚拟环境，获得所述虚拟环境中所述虚拟人物的当前第二外展角度或当前第二内收角度，控制所述虚拟人物按照所述当前第二外展角度或所述当前第二内收角度进行动作；和/或，
获得所述外骨骼机器人的当前第一内旋角度或当前第一外旋角度；以将所述当前第一内旋角度或当前第一外旋角度映射至所述虚拟环境，获得所述虚拟环境中所述虚拟人物的当前第二内旋角度或当前第二外旋角度，控制所述虚拟人物按照所述当前第二内旋角度或所述当前第二外旋角度进行动作。6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数，包括：在虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的当前第一虚拟运动参数；获得所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际运动参数；获得所述当前第一实际运动参数与所述当前第一虚拟运动参数的当前第一运动参数差值；根据运动参数与力的对应关系，获得所述当前第一运动参数差值对应的当前第一力；根据所述当前第一力对所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制；或者，在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的髋关节在前后自由度上的当前第一虚拟力；获得用户施加给外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的当前第一实际力；获得所述当前第一实际力与所述当前第一虚拟力的当前第一力差值；根据力与运动参数的对应关系，获得所述当前第一力差值对应的当前第一运动参数；根据所述当前第一运动参数对所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度进行控制。7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括：在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，获得所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数；根据所述虚拟人物的膝关节的力参数或运动参数控制所述外骨骼机器人的膝关节的运动参数或力参数。8.一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置，其特征在于，包括：第一获得模块，用于获得用户躯干的当前扭转角度；第一控制模块，用于根据扭转角度与旋转方向的对应关系，确定所述当前扭转角度对应的所述旋转装置的当前旋转方向，并根据所述当前旋转方向驱动所述旋转装置；第二获得模块，用于获得所述旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由所述当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟环境中的虚拟人物按照所述当前第二旋转参数完成转身动作；第二控制模块，用于在所述虚拟人物完成转身动作的过程中，根据所述虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制所述外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数；其中，所述外骨骼机器人悬空，所述旋转装置拖动所述外骨骼机器人在水平面内旋转。9.一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在执行所述程序指令时，执行如权利要求1至7任一项所述的基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。10.一种跑步机，其特征在于，包括如权利要求8或9所述的基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置。

技术总结

本申请涉及机器人技术领域，公开了一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的方法。该方法包括：获得用户躯干的当前扭转角度；确定当前扭转角度对应的旋转装置的当前旋转方向并驱动旋转装置，以拖动悬空的外骨骼机器人转动；获得旋转装置的当前第一旋转参数，以获得由当前第一旋转参数映射至虚拟环境的当前第二旋转参数，并使虚拟人物按照当前第二旋转参数完成转身动作；在虚拟人物完成转身动作的过程中，根据虚拟人物的髋关节在前后自由度的力参数或运动参数，控制外骨骼机器人的髋关节在前后自由度的运动参数或力参数。采用该方法可进一步提高用户身临其境的感受。本申请还公开一种基于外骨骼和旋转装置实现转身的装置和跑步机。机。机。