设计具有可重复使用技能的自主系统技术方案

一种设计具有可重复使用技能的自主系统的计算机实现的方法，包括显示模拟物理环境的图形用户界面。图形用户界面描绘与一个或多个物理对象对应的一个或多个模拟对象。基于用户经由图形用户界面提供的指令，在模拟对象上创建图形标记。确定每个图形标记相对于模拟对象的位置和取向。创建技能函数，该技能函数包括用于基于每个图形标记的位置和取向来使用可控物理设备与物理对象交互的功能描述。创建可运行以执行技能函数的可执行代码，并将可执行代码用于驱动可控物理设备。

Design autonomous system with reusable skills

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】设计具有可重复使用技能的自主系统
本专利技术总体上涉及用于设计具有可重复使用技能的自主系统的方法、系统和装置。本文描述的技术可以例如应用于各种集成产品设计、设计和制造工具以及其他产品生命周期管理和机器编程应用。
技术介绍
传统程序使用手工、低保真的方式表示在它们在其中运行的环境。程序员完全负责拟定表示设备的世界和内部所有使设备运行所需的状态的数据结构。他们还负责为应用程序详细执行的每个动作和条件测试编写代码。因此，要尽可能少地编写世界表示和程序代码，都是因为时间很宝贵，而且为了减少需要测试的代码的量。这防止算法以一般的方式读取世界状态，并且通常阻碍创建自主系统。典型的编程方法可以是将执行器和传感器表示为数值列表。通过从表中读取值并写出需要更改的值，可以将这些值编程为随时间变化。随时间变化的值变成为设备的程序。更高级的功能将使用传感器的数值来基于输入的值挑选待应用的值的不同集合。例如，选择开关可使机器在打开时使用一个值表，而在开关关闭时使用另一个表。为生成时间同步值的表，程序员可以手动移动设备，将设备置于不同的姿势并记录关节位置。记录的位置存储为表的值，然后回放以使设备在运行时以类似的方式移动。关注输入和输出值(I/O)在许多自动化编程语言中很常见。I/O值本身不会揭示设备所做的任何事情的情境或目的。对于简单的类似反射的行为，这是足够的，但是它不允许设备基于更复杂的需求采取行动。自主系统需要能够推理其自身状态以及其环境状态，以便能够计划其活动并相应地采取行动。因此，需要考虑内部表示形式，诸如环境中的影响自动化进程的设备和对象模型。在传统的编程环境中，程序员将为每个问题手写自定义解决方案。根据开发人员的想法，数据被表示为数字和字符值的未关联分组。当使用库(诸如计划系统)时，每个库将具有其自己的表示其处理的数据的方法。开发人员必须为库中的每种算法手动转换应用的自定义数据结构中的数据，并将库的数据格式转换回自定义数据结构以解释结果。
技术实现思路
本专利技术的实施方式通过提供与设计具有可重复使用技能的自主系统有关的方法、系统和装置，解决并克服了上述缺点和缺陷中的一个或多个。将本文描述的技术与常规建模系统的技术区别的主要因素是结合使用显式物理建模和多功能标记以及常规函数方法来实现自动化编程。物理建模和标记是编程语言的一部分，并且直接作用于自动化行为如何工作的语义。根据一些实施方式，设计具有可重复使用技能的自主系统的计算机实现的方法包括显示模拟物理环境的图形用户界面。图形用户界面描绘与一个或多个物理对象对应的一个或多个模拟对象。基于用户经由图形用户界面提供的指令，在模拟对象上创建图形标记。确定每个图形标记相对于模拟对象的位置和取向。创建技能函数，该技能函数包括用于基于每个图形标记的位置和取向使用可控物理设备(例如，机器人手臂)与物理对象交互的功能描述。创建可运行以执行技能函数的可执行代码，并将其用于驱动可控物理设备。在一些实施方式中，前述方法还包括生成多个过程对象，该多个过程对象包括(i)与物理对象对应的过程对象；(ii)与可控物理设备对应的过程对象；(iii)与图形标记对应的过程对象；以及(iv)与技能函相对应的过程对象。在一个实施方式中，过程对象用作多个运行时对象的原型，并且可执行代码从运行时对象得出。在另一个实施方式中，对应于可控物理设备的过程对象包括设备对象和以所有者部分层次组织的多个子对象。可执行代码因此可以遍历所有者部分层次以驱动可控物理设备。在其他实施方式中，使用对应于运动学的功能的连接来链接设备对象和多个子对象。可执行代码因此可以使用该连接来驱动可控物理设备。在其他实施方式中，过程对象基于物理附接以附接层次结构来组织。可执行代码可以遍历附件层次以驱动可控物理设备。根据本专利技术的另一方面，设计具有可重复使用的技能的自主系统的第二计算机实现的方法包括识别放置在仿真环境中的模拟对象上的图形标记。每个模拟对象对应于物理环境中的物理对象。基于在仿真环境内的图形标记的位置，确定物理环境中的每个图形标记的位置信息。使用多个技能函数来生成用于控制物理设备的可执行代码。每个技能函数基于每个图形标记的位置提供在物理环境中操作的物理设备的功能描述。另外，可执行代码可以用于驱动物理设备。上述第二种方法可用于以多种方式与物理环境交互。例如，在前述第二方法的一些实施方式中，来自图形标记的至少一部分的位置信息用于将机器人手臂校准适于物理环境。在其他实施方式中，图形标记的至少一部分包括触摸标记，触摸标记指示在执行一个或多个技能函数期间物理设备应在何处触摸特定物理对象。在其他实施方式中，至少一个物理对象对应于把手，并且图形标记中的至少一个对应于在执行一个或多个技能函数期间使用物理设备驱动把手的位置。在前述方法中，各种图形组件可用于表示标记。例如，在一个实施方式中，图形标记中的至少一个包括指示在执行一个或多个技能函数期间物理设备的行进方向的箭头。在另一实施方式中，图形标记中的至少一个包括圆圈，该圆圈指示在执行一个或多个技能函数期间移动之后物理设备的目的地。在其他实施方式中，设计具有可重复使用的技能的自主系统的计算机实现的方法包括将技能函数作为设备服务的一部分激活。技能函数包括待在物理环境中的物理对象上执行的一个或多个功能步骤。结构信息收集自物理环境，用于识别物理对象。从预先生成的标记的数据库中检索与物理对象对应的标记。由此，物理设备被用于使用这些标记在物理对象上执行功能步骤。根据下面参照附图进行的说明性实施方式的详细描述，本专利技术的其他特征和优点将变得显而易见。附图说明当结合附图阅读时，根据以下详细描述可以最好地理解本专利技术的前述和其他方面。为说明本专利技术，在附图中示出了当前优选的示例性实施方式，然而，应当理解，本专利技术不限于所公开的特定手段。附图中包括以下附图：图1示出使用高级面向目标的语言来指定应用功能的示例；图2A示出如可在一些实施方式中实现的示例机器维修示例；图2B示出通过触摸传送带来校准工件位置的示例；图2C提供图2B所示的示例的附加视图；图3提供根据一些实施方式的用于校准工件位置的示例功能描述；图4示出可如何使用技能标记来引导触摸操作；图5示出世界模型对象和类的示例实现层次；图6示出可以在一些实施方式中使用的构件类库的内容；图7提供可以在一些实施方式中使用的WClass和相关对象的图示；图8示出如可在一些实施方式中使用的保存特定世界模型对象的原型数据的WItem；图9示出如可在一些实施方式中使用的定义对象的库实现的接口；图10提供根据一些实施方式的对象如何在世界模型中产生和运行的总结；图11示出类似机器人的设备的部分-所有者层次；图12示出运动学关节和控制器如何定义其自己的层次；图13提供用于可移动机器人平台的示例附件层次；图14示出如何使用附接向其他构件添加标记和技能的示例；图15示出可如何在本专利技术的一些实施方式中执行轨迹连接建模；...

【技术保护点】
1.一种设计具有可重复使用技能的自主系统的计算机实现的方法，所述方法包括：/n显示模拟物理环境的图形用户界面，其中所述图形用户界面描绘与一个或多个物理对象对应的一个或多个模拟对象；/n基于用户经由所述图形用户界面提供的指令，在所述一个或多个模拟对象上创建一个或多个图形标记；/n确定每个所述图形标记相对于所述一个或多个模拟对象的位置和取向；以及/n创建技能函数，所述技能函数包括功能描述，用于基于每个所述图形标记的位置和取向使用可控物理设备来与所述一个或多个物理对象交互；/n生成可运行以执行所述技能函数的可执行代码；以及/n使用所述可执行代码驱动所述可控物理设备。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设计具有可重复使用技能的自主系统的计算机实现的方法，所述方法包括：
显示模拟物理环境的图形用户界面，其中所述图形用户界面描绘与一个或多个物理对象对应的一个或多个模拟对象；
基于用户经由所述图形用户界面提供的指令，在所述一个或多个模拟对象上创建一个或多个图形标记；
确定每个所述图形标记相对于所述一个或多个模拟对象的位置和取向；以及
创建技能函数，所述技能函数包括功能描述，用于基于每个所述图形标记的位置和取向使用可控物理设备来与所述一个或多个物理对象交互；
生成可运行以执行所述技能函数的可执行代码；以及
使用所述可执行代码驱动所述可控物理设备。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：生成多个过程对象，所述多个过程对象包括(i)与所述物理对象对应的一个或多个过程对象；(ii)与所述可控物理设备对应的一个或多个过程对象；(iii)与所述图形标记对应的一个或多个过程对象；以及(iv)与所述技能函数对应的一个或多个过程对象。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述过程对象被用作多个运行时对象的原型，并且所述可执行代码是从所述运行时对象得出的。


4.根据权利要求2所述的方法，其中，(i)与所述可控物理设备对应的所述一个或多个过程对象包括设备对象和以所有者部分层次组织的多个子对象，以及(ii)所述可执行代码遍历所述所有者部分层次以驱动所述可控物理设备。


5.根据权利要求4所述的方法，其中，(i)使用对应于运动学的功能的连接来链接所述设备对象和多个子对象，以及(ii)所述可执行代码使用所述连接来驱动所述可控物理设备。


6.根据权利要求2所述的方法，其中，(i)所述一个或多个过程对象基于物理附接以附接层次来组织，以及(ii)所述可执行代码遍历所述附接层次以驱动所述可控物理设备。


7.一种设计具有可重复使用技能的自主系统的计算机实现的方法，所述方法包括：
识别放置在仿真环境中的模拟对象上的图形标记，其中每个模拟对象对应于物理环境中的物理对象；
基于所述仿真环境内所述图形标记的位置，确定所述物理环境中每个所述图形标记的位置信息；以及
生成可执行代码，用于使用多个技能函数来控制物...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·加里·麦克丹尼尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE