一種服務機器人行為實現方法技術

本發明專利技術公開了一種服務機器人行為實現方法，行為由至少一個動作組成，動作由至少一個動作片段組成，包括步驟：環境與意圖分析，即分析服務機器人所述的環境結構，理解指揮者的意圖，確定行為對象，行為動作設計，即將所述服務機器人行為分解為按序排列的一系列動作，并進一步將每個動作具體化為多個按序排列的動作片段的集合；動作實現與校正，即利用服務機器人的傳感器和機械驅動部件實現所述的各個動作片段，并進一步完成各個動作和行為。本發明專利技術通過定義一定數量的動作片段，根據行為的要求將這些動作片段組合在一起，利用銜接和平滑技術實現動作狀態的連續切換，最后在環境限制的約束下利用行為的動態管理機制實現環境與約束的適應性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于機器人
，特別涉及。
技術介紹
服務機器人是機器人的一種，作為一種自主機器人具有巨大的應用價值。主要從事維護保養、個人高端服務、保安巡邏、救援監護等任務。因此對于服務機器人的行為能力具有極高的要求。另外，由于服務機器人的工作環境和條件限制約束通常具有較強的不確定性，所以對于服務機器人的環境適應能力和約束適應能力均具有較高的要求。為了實現上述的要求，服務機器人所必須具有的動作行為通常比較復雜，為了實現其所必須具備的所有動作，對于服務機器人的動作設計也變得較為復雜。傳統上，服務機器人的行為通常僅按照設計要求進行預先的設置，所以機器人的·行為能力受到極大的約束，在設計目標之外的應用就難以滿足用戶或應用的需求。而且對于新的行為的設置將十分復雜和困難，且機器人在行為方面缺乏有效的模仿機制，無法實現全部肢體或部分肢體的動作模仿。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，以解決現有技術中服務機器人無法滿足復雜行為設置和實現的問題。本專利技術建立在動作片段的組合基礎上，實現各類服務機器人的行為管理與控制。本專利技術利用機器人各肢體所能夠完成的各類基本的動作，構成動作的集合空間。在動作集合空間的基礎上，選擇一定數量和類型的單純動作并利用空間矢量和時間矢量對動作進行排序形成一個動作片段。用于確定動作排序的空間矢量與時間矢量具有相對關系，在實際的應用中通過制定一個參考坐標系將空間矢量與時間矢量映射到實際的現實世界中，作為行為實現的基礎。在本專利技術中機器人的行為是指能夠完成具有一定實際意義的，滿足人們確定需求的一組動作的集合，如行進到達某地點、拿取物品等。在本專利技術中機器人的行為可以由一定數量的子行為構成。行為是具有確切現實含義的動作集合。在本專利技術中所謂的動作片段是指構成機器人行為的最基本元素，不可以再進一步的分解為有意義的行為成分。本專利技術的技術方案是，，所述的行為由至少一個動作組成，所述的動作由至少一個動作片段組成，包括以下步驟環境與意圖分析，即分析服務機器人所述的環境結構，理解指揮者的意圖，確定行為對象，該行為對象至少是一個；行為動作設計，即將所述服務機器人行為分解為按序排列的一系列動作，并進一步將每個動作具體化為多個按序排列的動作片段的集合；動作實現與校正，即利用服務機器人的傳感器和機械驅動部件實現所述的各個動作片段，并進一步完成各個動作和行為。進一步的，用一系列平滑過渡前后銜接的所述服務機器人肢體關節姿態向量表征所述各個動作片段，該關節姿態向量由服務機器人的機械驅動部件識別執行。進一步的，所述的關節姿態向量包括空間相對位置坐標參數和姿態角參數，姿態角參數為繞私有坐標系三個軸旋轉的角度，分別表征俯仰、偏航和橫滾，所述關節姿態向量的坐標系由其上級主動關節所決定，即從動關節的私有坐標系為其主動關節的相對坐標系O進一步的，所述的服務機器人的機械驅動部件執行所述的關節姿態向量分為進入階段、執行階段和退出過渡階段，進入階段與退出過渡階段用于與前后動作片段銜接，其中，進入階段由上一動作片段的結束狀態開始，在執行階段的起始狀態和外界條 件的約束下，完成狀態的一步步轉移，直到轉移至執行階段的開始，每一個退出過渡狀態在輸入和外界條件的約束下確定下一步的轉移方向，退出過渡階段，將執行階段的結束狀態視為輸入，在下一個動作片段的開始的狀態約束下完成轉移。本專利技術是一種服務機器人矢量動作片段合成的行為管理技術，將服務機器人的行為利用若干動作片段的組合加以表示。這些動作片段以矢量化的方式加以描述，并通過動作片段銜接和平滑相互連接在一起。服務機器人根據環境條件，利用行為管理機制動態調整動作片段的組合形式實現環境的適應性。服務機器人行為利用若干動作片段的組合加以表不，將機器人某一具體目的性的行為由若干動作片段的組合加以表達。每個動作片段相對獨立，通過將不同的片段組合以產生不同類型的機器人行為。動作片段采用方向與相對幅度的矢量形式描述運動狀態的轉化與切換。動作的方向與幅度與相對矢量空間有關，可以令機器人在各種不同的姿態條件下準確完成各類動作的實施。動作片段的描述的是動作的一個小型集合，其中包括基本動作方式、可能的狀態轉移路徑和誤差容限。動作間進行銜接時則利用當前狀態與下一個目標狀態之間的差異進行狀態轉移，必要時插入若干平滑片段實現轉移的平滑特性。本專利技術根據服務機器人所處的環境和約束條件，動態的調整一個行為中的動作片段的組合實現形式，以適應不同環境和條件的約束。本專利技術提供了一種服務機器人行為管理和控制的理論和技術。通過定義一定數量的動作片段，并根據行為的要求將這些動作片段組合在一起形成全新的行為模式。在實現中，動作片段由一系列矢量表征，利用銜接和平滑技術實現動作狀態的連續切換，最后在環境限制的約束下利用行為的動態管理機制實現環境與約束的適應性。附圖說明圖I是本專利技術一實施例中服務機器人行為實現示意圖具體實施例方式如令服務機器人完成一個“倒水”的行為，在本專利所保護的技術的具體實現中，首先是通過分析環境結構和人的意圖等因素確定操作對象，然后再將倒水的行為分解成為一系列動作片段的組合，最后利用傳感器和機械驅動部分加以實現的。因此本專利所保護的技術在實現的過程方面可以分為三個層次同時也是主體流程的三個步驟，即環境與意圖分析、行為動作設計和動作實現與校正。在收到“倒水”的指令后，系統首先確定該指令的行為對象要素，即水源和容器。以家居或辦公室環境為例，水源的對象和位置通常是確定和已知的，如飲水機，熱水器或暖壺等。而容器可以通過視覺傳感器或直接由控制者指出，如茶杯、紙杯等。由此完成了基本的環境和意圖分析。在上一環節的基礎上進行行為和動作設計。需要指出在本項技術中認為行為是動作構成的，動作是由一系列動作片段構成的，如下所述。行為包括取容器、行進至水源、打開水源取水、衡量容器液面高度、適時關閉水源和返回目的地或出發點；動作包括握持容器、行進方向與距離、打開及液面監視、返回路徑；動作片段包括握持方式、力度反饋、行進策略、打開與關閉水源方式、監視圖像處·理、返回策略。上述所示的層次化的結構實際就是由行為分解為動作在具體化為動作片段的過程。機器人系統根據指令確定行為方式，再根據行為方式分解為一系列動作，最后將各動作具體化為動作的片段。如圖I所示。在獲知倒水的指令后，先根據動作作用對象形成行為，即需要動作落實到各環節構成，取容器、行進到水源、打開、監視液面、關閉、返回等。在動作方面根據對象的差別采用不同的行為方式，如一般茶杯和紙杯，握持的方式就會存在差異，不同的水源，如水龍頭和飲水機的操作方法就會不同。而環境的不確定性也會令向水源行進和返回充滿障礙和不確定性。由于行為均具有明確現實含義，因此可以采用語義描述行為之間的關系實現子行為組合成為高級的行為模式。語義化的描述是指以文字的形式描述行為之間的呈遞銜接關系，如先后次序、如果…那么….等。動作片段由關節的矢量變化表示。機器人的一個活動關節的當前姿態可以由其位置坐標和姿態角構成。位置坐標采用相對坐標表示，即在該關節的私有坐標系下的位置坐標，由空間的xyz三個參數構成，姿態角則為繞私有坐標系三個軸旋轉的角度，分別表征俯仰、偏航和橫滾。因此關節的姿態由6個參數確定，可以表示為一個關節姿態向量P = (x, V, Γ, CL β'本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種服務機器人行為實現方法，所述的行為由至少一個動作組成，所述的動作由至少一個動作片段組成，其特征在于，包括以下步驟：環境與意圖分析，即分析服務機器人所述的環境結構，理解指揮者的意圖，確定行為對象，該行為對象至少是一個；行為動作設計，即將所述服務機器人行為分解為按序排列的一系列動作，并進一步將每個動作具體化為多個按序排列的動作片段的集合；動作實現與校正，即利用服務機器人的傳感器和機械驅動部件實現所述的各個動作片段，并進一步完成各個動作和行為。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉語宏，
申請(專利權)人：上海泰熙信息科技有限公司，
類型：發明
國別省市：