[发明专利]一种基于层级状态机的人机协作策略的实现方法

说明书

本发明提出了一种基于层级状态机的人机协作策略的实现方法，包括：步骤S1，根据任务需求进行概念定义，构建层级状态机；根据构建完成的层级状态机，由操作员与机器人协作，共同处理任务执行过程中的各种突发事件，包括：步骤S21，任务执行过程中发生任务定义时未考虑到的突发事件；步骤S22，判断所述突发事件是否超出机器人自治能力；如果是则执行步骤S23，否则执行步骤S24；步骤S23，操作员干预行为变更，然后执行步骤S24；步骤S24，行为变更；步骤S25，机器人继续执行任务，返回步骤S21；步骤S3，任务执行完成。

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别涉及一种基于层级状态机的人机协作策略的实现方法。

背景技术

近年来，机器人在各个领域的应用呈现出广度与深度都不断增大的趋势，广度表现在应用场景的不断扩展，深度表现在任务难度的不断加大。在有些场景下，人们希望机器人能够自主地执行预定的程序，如工业流水线，机器人在面对此类结构化场景下时，由于具有明确的执行方案，所以能够依靠自身高速高精度高可重复性的特点高效地完成任务，在执行工程中基本不需要人类的干预。但是另一些场景下，由于复杂且不断变化的现场环境，如灾难救援、航天器空间维修、深海探测等，使得机器人很少能够按照预先编写的程序顺利执行，这会导致机器人的鲁棒性特别低，微小的环境改变能够轻易地导致整个任务的中断与失败，这时必须依靠人类对突发事件的判断和决策能力，以实现任务完成度最大化的目标。但是如果设计成完全依赖操作人员一步一步地发送指令，不赋予机器人任何自主执行的能力，就会陷入另一个极端，机器人退化为遥控操作臂，不仅导致工作效率低下，而且容易因为通讯带宽限制、人为失误等多种因素造成任务失败。所以人机协作是解决非结构化场景下机器人任务执行问题最有潜力的方案之一。

但是人机协作中的“协作”到底表现在什么地方，如何定义协作，哪里需要协作，如何实现协作等等一系列问题目前都没有统一的答案，每个机器人厂商都有自己的理解，能否对这一系列问题进行合理定义，是人机协作是否能够真正发挥其优势的关键所在。目前，人机协作在实践中还主要存在三个问题，首先是操作人员的注意力分配问题，操作人员必须在同一个时刻将精力分给任务编程和状态监控，这往往会导致操作人员忽视一些关键事件，导致操作员发出的指令没能跟上实际的变化。其次是如何保证操作人员能够对任务进行灵活的控制，使其既可以保证修改任务程序不会影响机器人完成正在执行的正确动作，又可以随时暂停当前动作以免执行到还未被修改的关键点而引发错误。最后一点是使如何保证修改后的任务程序能够没有BUG，因为在线修改的程序由于时间紧迫、现场复杂等原因往往更容易包含潜在错误，而且不可能在执行前进行完备的测试，所以如何保证这种错误概率较高的任务程序在任务现场能够尽可能低地出现BUG是第三个关键问题。

目前，工业界还没有一套既允许操作人员和机器人进行灵活协，又能够较完善地解决上述三个关键问题的人机协作策略。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于层级状态机的人机协作策略的实现方法。

为了实现上述目的，本发明面的实施例提供一种基于层级状态机的人机协作策略的实现方法，包括如下步骤：

步骤S1，根据任务需求进行概念定义，构建层级状态机；

步骤S2，根据构建完成的层级状态机，由操作员与机器人协作，共同处理任务执行过程中的各种突发事件，包括：

步骤S21，任务执行过程中发生任务定义时未考虑到的突发事件；

步骤S22，判断所述突发事件是否超出机器人自治能力；如果是则执行步骤S23，否则执行步骤S24；

步骤S23，操作员干预行为变更，然后执行步骤S24；

步骤S24，行为变更；

步骤S25，机器人继续执行任务，返回步骤S21；

步骤S3，任务执行完成。