[发明专利]一种机器人复杂操作技能表征方法及系统

说明书

本发明公开了一种机器人复杂操作技能表征方法及系统，其方法包括：设定机器人在执行复杂任务时所需要的N个操作技能；对所述N个操作技能中的每一个操作技能进行拖动示教，记录所述机器人在每一个操作技能示教过程中的各类运动信息；基于每一个操作技能示教过程中的各类运动信息，利用局部加权回归法获取每一个操作技能所对应的权重值；基于每一个操作技能所对应的权重值，构建每一个操作技能所对应的二阶弹簧阻尼模型，并利用有限状态机对每一个操作技能所对应的二阶弹簧阻尼模型进行序列化表征。在本发明实施例中，通过结合二阶弹簧阻尼模型与有限状态机的应用，使得机器人具备一定的环境适应性及任务泛化性。

技术领域

本发明涉及机器人技能学习技术领域，尤其涉及一种机器人复杂操作技能表征方法及系统。

背景技术

随着制造业的柔性化与智能化发展，对机器人的泛化性和环境适应性提出了更高的要求。一方面，在全球化市场竞争下，产品呈现多样化的种类和小批量定制化的生产方式，造成制造系统更短的迭代周期，传统依靠人工预定规则的机器人操作和编程方法在固定工作场景中得以广泛应用，执行简单重复性工作，例如搬运、焊接等，但在复杂多步的操作任务中依然存在编程效率低、环境适应性差、任务泛化性差等问题；另一方面，机器人的应用正在从传统围栏里独立的操作转化与人类共存环境下进行协作任务，对机器人灵活部署能力、安全性和环境适应性等提出更高要求。

机器人操作技能是指机器人基于自身的传感、感知、决策、规划与控制能力,在有限时间内操作环境中的特定物体,使该物体由初始状态到达目标状态。由于人类能够通过从经验数据中学习以及与环境交互来获得操作技能，造成机器人与人类相比在多模态感知、自主决策以及环境适应性和任务泛化性上还有较大差距，难以满足目前智能制造业对机器人技术应用的需求。近年来，随着机器人软硬件和人工智能技术的迅速发展，研究如何让机器人能够从人类示范数据中进行复杂操作技能学习与表征，进而实现机器人的快速编程与推广应用是目前机器人前沿研究的重点与难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，本发明提供了一种机器人复杂操作技能表征方法及系统，通过结合二阶弹簧阻尼模型与有限状态机的应用，使得机器人具备一定的环境适应性及任务泛化性。

为了解决上述问题，本发明提出了一种机器人复杂操作技能表征方法，其特征在于，所述方法包括：

设定机器人在执行复杂任务时所需要的N个操作技能；

对所述N个操作技能中的每一个操作技能进行拖动示教，记录所述机器人在每一个操作技能示教过程中的各类运动信息；

基于每一个操作技能示教过程中的各类运动信息，利用局部加权回归法获取每一个操作技能所对应的权重值；

基于每一个操作技能所对应的权重值，构建每一个操作技能所对应的二阶弹簧阻尼模型，并利用有限状态机对每一个操作技能所对应的二阶弹簧阻尼模型进行序列化表征。

可选的实施方式，所述各类运动信息包括末端位姿信息、速度信息与加速度信息。

可选的实施方式，所述基于每一个操作技能示教过程中的各类运动信息，利用局部加权回归法获取每一个操作技能所对应的权重值包括：

基于每一个操作技能示教过程中的各类运动信息，确定每一个操作技能所对应的目标强迫项函数；

以每一个操作技能所对应的目标强迫项函数为调整基准，利用最小化代价函数对每一个操作技能中的非线性干扰项进行限定，并获取每一个操作技能所对应的权重值。

可选的实施方式，所述目标强迫项函数的表达式为：

其中，K为弹簧系数，D为阻尼系数，g为目标位置，x₀为初始位置，x为当前位置，v为当前速度，为当前加速度，τ为时间尺度参数。