[發(fā)明專利]一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113723750A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高洪波;朱菊萍;何希;王源源
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06N3/00;G06N20/00
• 代理公司: 深圳市世紀(jì)恒程知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44287
• 代理人: 余婕

本發(fā)明提供了一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法及系統(tǒng)，涉及防疫機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：步驟S1：采用逆RRT算法對機(jī)器人的逆規(guī)劃問題進(jìn)行通用型求解；步驟S2：對機(jī)器人的任務(wù)進(jìn)行分解，建立任務(wù)指令集，提取任務(wù)指令集中的關(guān)鍵任務(wù)特征知識，列出各任務(wù)所需的特征知識；步驟S3：根據(jù)特征知識，對機(jī)器人的多任務(wù)規(guī)劃使用禁忌搜索算法進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)機(jī)器人進(jìn)行多任務(wù)對應(yīng)規(guī)劃；步驟S4：通過多任務(wù)對應(yīng)規(guī)劃，構(gòu)建基于人工和先驗(yàn)知識的子任務(wù)離線知識庫。本發(fā)明能夠解決傳統(tǒng)仿人防疫機(jī)器人逆運(yùn)動學(xué)問題難以直接求解的問題，提高多機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境下的快速協(xié)同作業(yè)能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及防疫機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著疫情的發(fā)展，醫(yī)療資源和公共衛(wèi)生資源的壓力變得越來越大，人力不足的問題以及工作人員受感染風(fēng)險(xiǎn)大的問題也越來越嚴(yán)重，亟需一種代替人力的措施。禁忌搜索算法是一種亞啟發(fā)式(meta-heurist ic)隨機(jī)搜索算法，它從一個初始可行解出發(fā)，選擇一系列的特定搜索方向(移動)作為試探，選擇實(shí)現(xiàn)讓特定的目標(biāo)函數(shù)值變化最多的移動。

機(jī)器人經(jīng)常被用來從事危險(xiǎn)、重復(fù)性高的工作以解放人力。恰好能夠滿足對于防疫的要求。因此越來越多的地方考慮采用防疫機(jī)器人進(jìn)行疫情防控工作。對于這種突發(fā)事件，有著更高的響應(yīng)需求。疫情的發(fā)生對社會將造成嚴(yán)重的危害，同時相應(yīng)的次生災(zāi)害隨時可能發(fā)生；并且由于突發(fā)事件的前兆不充分，發(fā)生與演變過程具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，且難以預(yù)測疫情的未來情況，傳統(tǒng)的“預(yù)測——應(yīng)對”的決策模式難以完全滿足需求，因此對于疫情的應(yīng)對需要“情景——應(yīng)對”的決策模式，針對情景進(jìn)行綜合分析，做出合理的決策。

由上述可知，一個適用于現(xiàn)在疫情防控情況的任務(wù)規(guī)劃方法需要被采用。此外，傳統(tǒng)的防疫機(jī)器人以輪式移動機(jī)器人為主，無法很好的實(shí)現(xiàn)人類可以進(jìn)行的防疫工作，而仿人防疫機(jī)器人規(guī)劃器的任務(wù)包含解變換方程、進(jìn)行運(yùn)動學(xué)反解和插值運(yùn)算等。對于仿生機(jī)器人本身的規(guī)劃問題，由于仿生機(jī)器人是一種冗余機(jī)器人，其逆運(yùn)動學(xué)問題是典型的時變、非線性問題，由欠定、超越方程描述，非常難以求解，且具有無窮多個解。針對不同的任務(wù)規(guī)劃如步態(tài)優(yōu)化規(guī)劃，還存在著不同的約束條件。目前學(xué)術(shù)界尚沒有可以統(tǒng)一求解的方法，開發(fā)高效、統(tǒng)一、準(zhǔn)確、最優(yōu)的求解器是本課題的研究關(guān)鍵點(diǎn)。對于異構(gòu)多類機(jī)器人協(xié)同，在不同的非結(jié)構(gòu)環(huán)境和復(fù)雜任務(wù)下，還必須集成多優(yōu)化指標(biāo)、集成不同類型約束，其逆運(yùn)動學(xué)問題則是巨大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法及系統(tǒng)，目的在于建立防疫機(jī)器人仿人作業(yè)動作的知識庫。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法及系統(tǒng)，所述方案如下：

第一方面，提供了一種機(jī)器人仿人作業(yè)動作知識庫構(gòu)建方法，所述方法包括：

采用逆RRT算法對機(jī)器人的逆規(guī)劃問題進(jìn)行通用型求解；

對機(jī)器人的任務(wù)進(jìn)行分解，建立任務(wù)指令集，提取任務(wù)指令集中的關(guān)鍵任務(wù)特征知識，列出各任務(wù)所需的特征知識；

根據(jù)特征知識，對機(jī)器人的多任務(wù)規(guī)劃使用禁忌搜索算法進(jìn)行建模，從而實(shí)現(xiàn)對異構(gòu)機(jī)器人進(jìn)行多任務(wù)對應(yīng)規(guī)劃；

通過多任務(wù)對應(yīng)規(guī)劃，構(gòu)建基于人工和先驗(yàn)知識的子任務(wù)離線知識庫。

優(yōu)選的，所述用RRT算法進(jìn)行通用型求解包括：

定義起始點(diǎn)x_init，在環(huán)境中隨機(jī)撒一個點(diǎn)，得到點(diǎn)x_rand，判斷x_rand是否在障礙物區(qū)域內(nèi)；

如果x_rand不在障礙物區(qū)域，則連接起x_init和x_rand，由此得到一條連線L，判斷L是否在障礙區(qū)域內(nèi)；