[發(fā)明專利]用于靈活的人機協(xié)作的系統(tǒng)和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011259782.2
• 申請日: 2015-08-28
• 公開（公告）號: CN112428270A
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發(fā)明（設計）人: 凱萊赫·格林;格雷戈里·D·黑格;塞巴斯蒂安·里德爾
• 申請（專利權(quán)）人: 約翰霍普金斯大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;B25J11/00
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 張娜;顧麗波

實現(xiàn)人機協(xié)作的方法和系統(tǒng)包括支持機器人性能表示和人機協(xié)作行為的動態(tài)適配和重復使用的可泛化框架。具體地，實現(xiàn)用戶?機器人協(xié)作行為的計算機實現(xiàn)方法包括：提供用戶交互性能和對基于一組參數(shù)執(zhí)行一類任務動作的機器人的至少一個功能建模的機器人性能的組合；用封裝一組參數(shù)的信息核專門化機器人性能；基于機器人性能和信息核提供機器人性能元素，基于用戶交互性能提供交互性能元素；連接機器人性能元素到交互性能元素；基于交互性能元素提供用戶接口以獲取與一組參數(shù)關(guān)聯(lián)的用戶輸入；基于用戶輸入和信息核經(jīng)機器人性能元素控制機器人功能以執(zhí)行該類任務動作中的任務動作。

本申請是基于申請日為2015年8月28日、申請?zhí)枮?01580047141.1、發(fā)明創(chuàng)造名稱為“用于靈活的人機協(xié)作的系統(tǒng)和方法”的中國專利申請的分案申請。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開一般涉及用于通過支持機器人性能表示和人機協(xié)作行為的動態(tài)適配和重復使用的可泛化框架來實現(xiàn)人機協(xié)作的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

機器人工業(yè)自動化已經(jīng)在大規(guī)模制造業(yè)中取得了巨大成功，因為其在任務(比如，焊接、切削、沖壓、涂漆、沉重的材料處理、精密材料加工等)規(guī)模上具有顯著的優(yōu)勢。機器人自動化在大規(guī)模制造業(yè)中的成功已經(jīng)導致了長期以來對于將機器人自動化的使用擴展到中小型制造企業(yè)(“SME”)中的愿望。然而，與大規(guī)模制造相比，通常SME的生產(chǎn)處理的特征在于生產(chǎn)量小和/或產(chǎn)品變化性高。因此，對于SME，靈活機器人自動化將基礎(chǔ)設施、專業(yè)人員、設置和編程攤銷的能力銳減。

SME的處理有時包括需要高級定制的任務，因此必然涉及人類的技能和判斷。例如，翻新任務和按訂單生產(chǎn)制造處理必須適應無法預見的工件變化和裝備修改。在這種情況下，可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的以人為中心的生產(chǎn)處理難以確定機器人自動化能夠在何處或如何成為高效人力密集型處理的有用補充，而非高效人力密集型處理的重復或弱化。以擁有大量技術(shù)嫻熟的員工的專門從事定制家具制造的SME為例。這種SME可能希望通過使用機器人系統(tǒng)來自動操作涉及靈巧動作的重復任務(比如，鉆孔或磨砂任務)，從而提高其員工的效率和生產(chǎn)力。然而，在這種情況下，現(xiàn)成的商業(yè)機器人系統(tǒng)將是沒有作用的，這是因為對于SME來說現(xiàn)成的商業(yè)機器人系統(tǒng)不可能利用其員工現(xiàn)有的任務知識和經(jīng)驗。

因此，存在對克服現(xiàn)有技術(shù)所呈現(xiàn)的上述問題和其它問題的系統(tǒng)和方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容

許多任務領(lǐng)域還沒有利用自動化機器人系統(tǒng)，這是因為缺乏提供與這種機器人系統(tǒng)靈活和有效地交互的合適的協(xié)作系統(tǒng)。這樣的任務領(lǐng)域的示例包括SME處理、對身體殘疾的個人的家庭看護、協(xié)作機器人手術(shù)等。在這些任務領(lǐng)域中，手動或完全自動地執(zhí)行任務既不理想也不實用。因此，存在對這樣的協(xié)作機器人系統(tǒng)和方法的需求，該協(xié)作機器人系統(tǒng)和方法不僅提供靈活和有效的用戶-機器人交互，而且其在具有不同的持續(xù)時間、復雜性和對用戶交互的約束的范圍廣泛的任務中是有效的。

根據(jù)各實施例的示例性協(xié)作機器人系統(tǒng)可以以可泛化的方式被指示或訓練以執(zhí)行范圍廣泛的任務，并且能夠在不需要重新訓練的情況下在任務之間平穩(wěn)地進行切換。協(xié)作機器人系統(tǒng)支持用于各種用戶角色和機器人性能的人-機器人協(xié)作操作，并且經(jīng)由多組機器人性能和將機器人性能與特定用戶交互性能相關(guān)聯(lián)的協(xié)作行為來對人-機器人系統(tǒng)進行建模，其中，用戶交互性能是用戶接口或交互范例。機器人性能可以與其它機器人性能組合并針對特定任務而被專門化。為了執(zhí)行任務，協(xié)作機器人系統(tǒng)可以使用各種任務相關(guān)信息或參數(shù)(比如，工具可供性或工具行為約束、工具運動基元和感知基礎(chǔ)模板(perceptualgrounding template))來動態(tài)地適配機器人性能。對于特定任務和機器人性能，協(xié)作機器人系統(tǒng)必須確定機器人性能在可用接口的約束下完成任務所需的一個或多個用戶交互模態(tài)。因此，包括一個或多個機器人性能和一個或多個用戶交互性能的組合的協(xié)作行為必須將用戶交互性能映射到機器人性能，以滿足機器人性能對用戶交互的需求。