机器人动作优化方法、装置、计算机设备和存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术适用于计算机技术领域，提供了一种机器人动作优化方法、装置、计算机设备和储存介质，其中，所述方法具体包括以下步骤：响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；根据所述机器人初始动作，构建评价函数；根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化；该方法解决了机器人复杂的动作优化技术问题，同时所采用的算法收敛速度快，动作优化效果显著，且将该方法应用于机器人踢球中，可大大增加机器人的踢球距离。

Robot motion optimization methods, devices, computer equipment and storage media

The invention is applicable to the field of computer technology and provides a method, device, computer equipment and storage medium for robot action optimization, in which the method includes the following steps: responding to the request of robot action optimization, constructing the initial action of the robot according to the key frame interpolation method; constructing the evaluation function according to the initial action of the robot; The evaluation function is used to optimize the initial motion of the robot by covariance matrix adaptive evolutionary strategy algorithm. The method solves the complex technical problem of motion optimization of the robot. At the same time, the algorithm adopted has fast convergence speed and remarkable effect of motion optimization. Moreover, the application of this method in robot kicking can greatly increase the kicking distance of the robot.

【技术实现步骤摘要】
机器人动作优化方法、装置、计算机设备和存储介质
本专利技术属于计算机
，尤其涉及一种机器人动作优化方法、装置、计算机设备和存储介质。
技术介绍
RoboCup(机器人世界杯足球锦标赛)仿真比赛是一个能为多智能体系统和模拟智能进行研究、教育的工具。比赛是在一个标准的计算机环境中进行的，提供了一个完全分布式控制、实时异步多智能体环境。在实时异步、有噪声的对抗环境中，研究多智能体的合作对抗问题。当然，仿真组的比赛使用的机器人并非是真的机器人。每个机器人都拥有自己的大脑，是一个独立的“主体”。而一个球队实际是由十一个程序组成的。机器人的固定动作由逆运动学从位姿算出关节角度，再从连续的位姿组成一系列流畅的动作。如机器人舞蹈，工业机械臂等。在复杂的动作流程中，对机器人的各个位姿的准确性要求很高。目前，现有技术中有采用粒子群算法对动作执行参数进行优化，但是其收敛速度较慢，并且容易陷入参数的局部最优。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种机器人动作优化方法，旨在解决上述技术问题。本专利技术实施例是这样实现的，一种机器人动作优化方法，所述方法包括：响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；根据所述机器人初始动作，构建评价函数；根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化。本专利技术实施例还提供一种机器人动作优化装置，所述装置包括：响应单元，用于响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；构建单元，用于根据所述机器人初始动作，构建评价函数；优化单元，用于根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化。本专利技术实施例还提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述机器人动作优化方法的步骤。本专利技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述机器人动作优化方法的步骤。本专利技术实施例中，通过响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；根据所述机器人初始动作，构建评价函数；根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化，解决了机器人复杂的动作优化技术问题，同时所采用的算法收敛速度快，动作优化效果显著，且将该方法应用于机器人踢球中，可大大增加机器人的踢球距离。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种机器人动作优化方法的实现流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种优化的机器人动作优化方法的实现流程图：图3是本专利技术实施例提供的另一种优化的机器人动作优化方法的实现流程图；图4是本专利技术实施例提供的再一种优化的机器人动作优化方法的实现流程图；图5是本专利技术实施例提供的一种优化的机器人动作优化装置的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本专利技术。在本专利技术实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。本专利技术实施例提供的机器人动作优化方法，通过响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建，并根据机器人初始动作，构建评价函数，采用协方差矩阵自适应进化策略算法对机器人初始动作进行优化，解决了机器人复杂的动作优化技术问题，同时所采用的算法收敛速度快，动作优化效果显著，且将该方法应用于机器人踢球中，可大大增加机器人的踢球距离。为了进一步阐述本专利技术为实现预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，根据如下实施例，以RoboCup3D仿真足球比赛场景为例，对本专利技术实施例提供的机器人动作优化方法进行详细说明，值得注意的是，本专利技术实施例仅仅为应用于机器人的踢球动作的优化。图1示出了本专利技术实施例提供的一种机器人动作优化方法的实现流程图，详述如下：在步骤S101中，响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建。如图2所示，所述根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建，具体包括：在步骤S201中，获取预设的机器人的静态关节角度关键帧。在本专利技术实施例中，机器人为仿真机器人，与实物机器人在手臂上的关节数目略有区别，实物机器人的关节数目有6个，仿真机器人的关节数目只有4个；在现阶段RoboCup3D仿真足球比赛几乎是以法国公司生产的机器人为准，其机器人身高57厘米，体重约4.5千克，具有22个自由度。在本专利技术实施例中，关键帧是指角色或者物体运动或变化中的关键动作所处的那一帧。在本专利技术实施例中，机器人的静态关节角度关键帧可以由软件创建，可以通过一个开源软件，即动作编辑器实现创建，如使用时，通过添加关键帧，并设置此关键帧机器人的各关节角度值，这就相当于完成第一帧的设定，然后可以继续添加作为第二帧，以此类推。在步骤S202中，根据所述关键帧，利用插值法获取关键帧之间的关节角度位置。在专利技术实施例中，插值法可以是Hermite插值法；Hermite插值是利用未知函数f(x)在插值节点上的函数值及导数值来构造插值多项式的。当已经创建多个关节角度关键帧后，插值法可以得到合适的相邻关键帧之间的关节角度值，这样可以使动作在关键帧切换中保持平滑。首先由设立未知函数f(x)，在f(x)中，在步骤S201中创建的关键帧对应的有输出(关节角度值)，关键帧之间的关节角度是未知的，进而通过在相邻离散值(关键帧)之间构建一个合适的函数p(x)，由p(x)算出中间过渡部分的关节角度值的近似值。Hermite插值法要求构建的p(x)不仅在关键帧点上的输出值与f(x)相同，并且要求高阶导数也相等。这样一般可使p(x)与f(x)有更好的密合度。在步骤S203中，根据所述静态关节角度关键帧以及关键帧之间的关节角度位置，构建所述机器人的初始动作。在本专利技术实施例中，机器人的初始动作包括走路、转身、踢球、倒下之后的爬起等基本动作。在步骤S102中，根据所述机器人初始动作，构建评价函数。如图3所示，所述步骤S102，还包括以下步骤：在步骤S301中，获取对动作行为影响程度高的关节角度值，作为待优化的动作种子。在本专利技术实施例中，关键角度值包括上述的静态关节角度、关节角度位置；与人体关节类似，存在对动作影响程度最高的关节角度值。在步骤S302中，根据所述动作种子以及预设的动作需要优化的最终效果，构建评价函数；所述评价函数用于对每次生成的参数组给出惩罚值。在本专利技术实施例中，评价函数是根据所要达到的机器人动作效果，结合初始动作而构建的，用于对每次根据协方差矩阵自适应进化算法所生成的参数组给出惩罚值，并将惩罚值较小的部分重组作为下次优化的父代，当得到的参数组达到所设定的机器人动作效果，即完成了动作优化过程，比如说在机器人足球运动上，需要优化多种类型的踢球，例如，长距离踢球，这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人动作优化方法，其特征在于，所述方法包括：响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；根据所述机器人初始动作，构建评价函数；根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化。

【技术特征摘要】
1.一种机器人动作优化方法，其特征在于，所述方法包括：响应机器人的动作优化请求，根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建；根据所述机器人初始动作，构建评价函数；根据所述评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据关键帧插值法对机器人初始动作进行构建，具体包括：获取预设的机器人的静态关节角度关键帧；根据所述关键帧，利用插值法获取关键帧之间的关节角度位置；根据所述静态关节角度关键帧以及关键帧之间的关节角度位置，构建所述机器人的初始动作。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述机器人初始动作，构建评价函数，具体包括：获取对动作行为影响程度高的关节角度值，作为待优化的动作种子；根据所述动作种子以及预设的动作需要优化的最终效果，构建评价函数；所述评价函数用于对每次生成的参数组给出惩罚值。4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述根据评价函数，通过协方差矩阵自适应进化策略算法对所述机器人初始动作进行优化，具体包...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，杨洪勇，赵玫，唐莉，刘慧霞，韩辅君，张淑宁，任世雨，杨怡泽，李玉玲，刘远山，
申请(专利权)人：鲁东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37