[發(fā)明專(zhuān)利]一種云邊端協(xié)同的柔性產(chǎn)線機(jī)器人學(xué)習(xí)系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310026528.5
• 申請(qǐng)日: 2023-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115730475B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳鴻敏;徐智浩;周雪峰;廖昭洋;唐觀榮;孫克爭(zhēng);歐陽(yáng)旻;段鑫
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東省科學(xué)院智能制造研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F9/50;G06N3/008
• 代理公司: 廣州科粵專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44001
• 代理人: 鄧潮彬;黃培智

本發(fā)明公開(kāi)了一種云邊端協(xié)同的柔性產(chǎn)線機(jī)器人學(xué)習(xí)系統(tǒng)及方法，該方法包括對(duì)柔性產(chǎn)線機(jī)器人操作技能進(jìn)行采集與標(biāo)注，建立機(jī)器人作業(yè)技能庫(kù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作任務(wù)的技能化解析與表征；基于所述技能化解析與表征，通過(guò)機(jī)器人操作技能建模與學(xué)習(xí)方法來(lái)獲得機(jī)器人操作技能模型；在虛擬仿真環(huán)境中訓(xùn)練機(jī)器人操作技能模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作技能的虛實(shí)遷移與衍生，生成機(jī)器人操作指令。本發(fā)明通過(guò)對(duì)機(jī)器人復(fù)雜操作任務(wù)進(jìn)行技能化表征、學(xué)習(xí)、遷移與衍生等操作，以學(xué)習(xí)的方式賦予機(jī)器人具備一定自主決策與學(xué)習(xí)的能力，無(wú)需對(duì)每個(gè)任務(wù)進(jìn)行繁復(fù)調(diào)試與編程，大幅度提升編程效率及任務(wù)適應(yīng)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種云邊端協(xié)同的柔性產(chǎn)線機(jī)器人學(xué)習(xí)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

柔性產(chǎn)線由加工中心或柔性生產(chǎn)單元組成，用于多品種多型號(hào)產(chǎn)品共線混排生產(chǎn)的生產(chǎn)線，能夠快速有效地生產(chǎn)單一批量的多樣化或個(gè)性化的定制產(chǎn)品，是智能制造的重要生產(chǎn)模式之一。機(jī)器人是“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，將機(jī)器人引入柔性生產(chǎn)線不僅提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，還緩解了企業(yè)用工難等問(wèn)題。同時(shí)，隨著制造業(yè)的柔性化快速發(fā)展，機(jī)器人應(yīng)用的廣度與深度不斷加深，對(duì)其編程技術(shù)提出了新挑戰(zhàn)。一方面，產(chǎn)品生產(chǎn)方式呈現(xiàn)多樣化、小批量和定制化特征，需要更短的制造迭代周期，迫使機(jī)器人具備快速編程與不同場(chǎng)景高效適應(yīng)能力。另一方面，機(jī)器人正逐漸從工業(yè)環(huán)境的獨(dú)立操作轉(zhuǎn)化為與人類(lèi)共存，進(jìn)行人機(jī)協(xié)作，這就要求機(jī)器人具備類(lèi)人的靈巧操作能力。

現(xiàn)有依賴(lài)于人為干預(yù)與反復(fù)調(diào)試的機(jī)器人編程技術(shù)，只適用于特定任務(wù)，當(dāng)遇到相近任務(wù)或不同環(huán)境時(shí)，需要重新進(jìn)行編程，無(wú)法汲取過(guò)往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，存在效率低、適應(yīng)性差、靈巧性不足等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種云邊端協(xié)同的柔性產(chǎn)線機(jī)器人學(xué)習(xí)系統(tǒng)及方法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人能夠根據(jù)任務(wù)和環(huán)境的變化進(jìn)行自我學(xué)習(xí)與自主決策，將大幅度提升柔性產(chǎn)線機(jī)器人的編程和部署效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

第一方面，本發(fā)明提供一種柔性產(chǎn)線機(jī)器人學(xué)習(xí)方法，包括：

對(duì)柔性產(chǎn)線機(jī)器人操作技能進(jìn)行采集與標(biāo)注，建立機(jī)器人作業(yè)技能庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作任務(wù)的技能化解析與表征；

基于所述技能化解析與表征，通過(guò)機(jī)器人操作技能建模與學(xué)習(xí)方法來(lái)獲得機(jī)器人操作技能模型；

在虛擬仿真環(huán)境中訓(xùn)練機(jī)器人操作技能模型，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作技能的虛實(shí)遷移與衍生，生成機(jī)器人操作指令。

進(jìn)一步地，所述機(jī)器人操作技能建模與學(xué)習(xí)方法包括：

將高維演示軌跡參數(shù)化，建立高維輸入與輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系：

其中，是對(duì)角矩陣、是服從正態(tài)分布的權(quán)重向量，定義為維的基函數(shù)，表示毆幾里得空間,?是輸入變量與輸出變量的非線性函數(shù)，表示轉(zhuǎn)置，分別表示為基函數(shù)維度、輸出變量維度、基函數(shù)維度與輸出變量維度的乘積；

建立演示軌跡中輸入與輸出的概率模型：

將機(jī)器人操作技能學(xué)習(xí)的目標(biāo)設(shè)計(jì)為給定任一次演示軌跡的時(shí)刻輸入與輸出，找到信息量損失最少的軌跡點(diǎn)；那么，針對(duì)式所建立概率模型中兩項(xiàng)未知參數(shù)與的學(xué)習(xí)問(wèn)題，采用基于信息論中相對(duì)熵模型建立目標(biāo)函數(shù)，最小化信息損失量，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作技能模型的建模。

進(jìn)一步地，所述目標(biāo)函數(shù)定義為：

其中，表示兩個(gè)概率分布的相對(duì)熵；分別表示某一時(shí)刻及總時(shí)長(zhǎng)；分別表示時(shí)刻的輸入與輸出變量；表示信息量損失最小的軌跡點(diǎn)；表示對(duì)數(shù)運(yùn)算；通過(guò)分別對(duì)目標(biāo)函數(shù)中的與進(jìn)行求解，并增加額外的懲罰項(xiàng)；對(duì)未知參數(shù)的估計(jì)值如下：