一种人类操作能力迁移的系统与方法技术方案

本发明专利技术提出一种人类操作能力迁移的系统与方法，系统包括：用户管理模块、数据采集模块、数据处理模块、模型管理模块、能力包管理模块、设备管理模块、数据展示模块、网络模块、反馈控制模块、运行监控模块、安全防护模块和数据存储模块。方法包括：构建操作能力训练环境，训练操作能力模型，生成操作能力包，机器人安装操作能力包，操作能力包驱动机器人，优化操作能力模型并更新操作能力包。人类操作能力迁移的系统与方法把人类优秀个体的操作能力固化为机器人的操作能力，实现人类优秀个体的操作能力长期、稳定发挥作用。解决了目前机器人只是机械模仿人类通用操作能力，缺乏特异性，无法满足多场景对机器人操作能力个性化的需求。求。求。

【技术实现步骤摘要】
一种人类操作能力迁移的系统与方法


[0001]本专利技术属于机器人
，涉及到一种人类操作能力迁移的系统与方法。

技术介绍

[0002]操作能力是指人们操作自己的肢体以完成各项活动的能力，如劳动能力、艺术表演能力、体育运动能力、实验操作能力等。操作能力是在操作技能的基础上发展起来的，操作技能一般指动作技能，通过练习巩固下来的、自动化的、完善的动作活动方式。如日常生活中的书写、徒步行走、骑行自行车；体育运动中的游泳、体操、打球；生产劳动中的锯、刨、车等活动方式，均属动作技能。人的行动是由一系列动作组成的。即使简单的徒步行走，也是腿、脚、手臂和眼等器官的共同活动结果。而骑行自行车则是脚、腿和手臂的动作和整个躯体以及视觉、触觉等功能的联合活动结果。最初这些动作是不协调的、笨拙的。由于练习，实现动作的方式就巩固下来，熟练起来，某些动作就从意识中解放出来，变成自动化的动作。大量单调重复性的动作可以采用自动化的机器来替代，如汽车取代步行、自动化的生产线取代手工作坊等。但由于人类有着超强的感知能力和决策能力，很多精细化的动作仍然无法被机器取代。例如对医疗机构和家居环境中病患的护理工作、工业领域中掌握在工人手中的核心技术等。
[0003]现在的人类操作能力迁移存在两个方面的问题：一方面是个性化的人类操作能力随着所依附人体的衰老或死亡而削弱或消亡，另一方面承接人类操作能力迁移的机器人侧重于模仿人类的通用操作能力，研究工作侧重于功能的实现，没有考虑人类操作能力具体到个体的模仿与实现，机器人仍然只是批量化产生的机器，缺乏对人类个体操作能力的承接空间。
[0004]中国专利技术专利公开说明书CN115268629A公开了基于人类技能学习及模仿的人
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机器人协同控制方法，把肌电信号等人体运动信息获取的人体手臂力量作为人
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机器人交互的媒介，通过学习人类面对外界力量信息变化时的速度调节技能，控制机器人完成协作任务。采用添加了基于震颤信息的肌电信号修正单元和基于朴素贝叶斯的输入输出控制单元的并联LSTM神经网络对三维手臂力量进行估计，从而减缓肌电信号波动对交互信息准确性和稳定性的影响。采用多模型高斯过程回归算法以概率估计的方式从不准确的人类演示样本中捕获不同场景的协作技能，让协作系统具备更加柔顺的交互性能。但该技术方案没有涉及把生成的协同模型转化为操作能力包，也不涉及人类个性化操作能力的迁移。中国专利技术专利公开说明书CN112231489A公开了防疫机器人知识学习与迁移方法和系统，以记忆增强神经网络为基础，将任务学习与积累的方式从应用驱动型推向数据驱动型，从已有数据出发去主动挖掘，通过关注存储内容的外部记忆机制快速吸收新知识，方法新颖可靠，能够实现更为高效的迁移学习任务，从而能够让防疫机器人能够快速适应新环境，有利于防疫机器人的普适性推广。该技术方案侧重机器人自身的智能化。中国专利技术专利公开说明书CN114043478A公开了机器人复杂操作技能表示方法、装置、智能终端和介质，基于预先获得的操作技能数据集，获得执行目标操作任务所需要的操作技能序列，再根据操作技能序列
中的每一项操作技能获得对应的动作执行序列，并对获得的动作执行序列进行融合，实现对目标操作任务对应的复杂操作技能的表征。从而使得机器人具备一定的任务规划能力和操作技能学习能力，能够解决和应对复杂的任务。该技术方案的操作技能为通用操作技能，未考虑个性化操作技能。中国专利技术专利公开说明书CN115213885A公开了机器人技能生成方法、装置、介质及云端服务器、机器人控制系统，通过将预设的机器人任务拆分为多个子任务；从技能蓝图中确定每一子任务分别对应的多个目标原子技能，其中，技能蓝图包括机器人的多个原子技能的技能参数，每一原子技能是通过对机器人具备的动作能力解耦合得到的最小技能单元；针对每一子任务，通过组合该子任务对应的多个目标原子技能，生成用于完成该子任务的分子技能；通过组合各分子技能生成用于完成机器人任务的细胞技能。这样，基于原子技能是通过对机器人具备的动作能力解耦合得到的最小技能单元，生成分子技能时能够复用原子技能，基于原子技能复用性可以提高机器人技能开发的效率。该技术方案未考虑对人类个体的模仿学习。中国专利技术专利公开说明书CN110253577A公开了基于机器人操作技能获得的弱刚度零部件装配系统及方法，将当前装配图像及装配对象相互作用时的接触力/力矩并进行信息融合，从融合信息中提取装配状态特征，并作为操作技能学习网络的输入；根据预设回报评价函数的反馈值来训练操作技能学习网络，输出决策指令至装配动作执行部，由装配动作执行部响应决策指令并执行相应装配动作，通过学习掌握操作技能能够主动适应环境的变化，解决了一系列装配过程中的不确定问题，有效解决了弱刚度零部件装配成功率低、大量占用人工等问题，提升了弱刚度零部件装配的成功率。该技术方案一定程度解决了人机协同的问题，但应用范围仅限于装配系统领域。中国专利技术专利公开说明书CN112605974A公开了一种机器人复杂操作技能表征方法及系统，提出二阶弹簧阻尼模型并从人类一次性示教动作中学习，可提高对机器人的各项操作技能的学习效率、抗干扰性与运动稳定性；针对传统机器人复杂操作技能在实际生产制造中存在环境适应性差、任务泛化性差等问题，提出有限状态机并对机器人的各项操作技能进行表征，可降低对各项操作技能编程应用的维护难度与工作量。该技术方案有利于提高机器人学习的效率，但未考虑机器人与人类个体匹配的个性化。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种人类操作能力迁移的系统，把人类优秀个体的操作能力固化为机器人的操作能力，实现人类优秀个体操作能力的长期、稳定发挥作用。解决了目前机器人只是机械模仿人类通用操作能力，缺乏特异性，无法满足多场景对机器人操作能力个性化的需求。与此相应，本专利技术的另一个要解决的技术问题是提供一种人类操作能力迁移的方法。
[0006]第一方面，本专利技术解决上述技术问题的一种人类操作能力迁移的系统包括：用户管理模块，管理用户信息、用户权限、用户角色，实现对用户的统一管理；数据采集模块，采集人类操作及感触产生的数据；数据处理模块，对采集的数据进行处理，使之标准化、规范化；模型管理模块，对模型做创建、编辑的全生命周期管理；能力包管理模块，模型及相关数据生成唯一标识命名的能力包，能力包可以安装到机器人设备并驱动机器人设备按照人类操作的规程、力度、速度实施动作；
设备管理模块，管理安装能力包的机器人设备；数据展示模块，通过图表、视频方式展示数据的变化和关系；网络模块，通过网络连接外部设备；反馈控制模块，接收外部设备的反馈信息，并根据反馈信息控制外部设备；运行监控模块，监控系统的运行状况，并根据预设阈值发出预警信息；安全防护模块，防范非法用户使用和网络攻击；数据存储模块，存储所述系统及运行产生的数据；第二方面，本专利技术提供一种人类操作能力迁移的方法，该方法包括：步骤1、构建操作能力训练环境，步骤2、训练操作能力模型，步骤3、生成操作能力包，步骤4、机器人安装操作能力包，步骤5、操作能力包驱动机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人类操作能力迁移的系统，该系统包括：用户管理模块，统一管理用户信息、权限和角色；数据采集模块，采集人类操作及感触产生的数据；数据处理模块，对采集的数据进行处理，使之标准化、规范化；模型管理模块，对模型的创建、编辑实施全生命周期管理；能力包管理模块，模型及相关数据生成唯一标识命名的能力包，能力包可以安装到机器人设备并驱动机器人设备按照人类操作的规程、力度、速度实施动作；设备管理模块，管理安装能力包的机器人设备；数据展示模块，通过图表、视频方式展示数据的变化和关系；网络模块，通过网络连接外部设备；反馈控制模块，接收外部设备的反馈信息，并根据反馈信息控制外部设备；运行监控模块，监控系统的运行状况，并根据预设阈值发出预警信息；安全防护模块，防范非法用户使用和网络攻击；数据存储模块；存储所述系统及运行产生的数据；其特征在于：所述系统通过人类操作能力数字化生成相应操作能力模型，操作能力模型通过训练生成操作能力包，以操作能力包驱动机器人实现人类操作能力迁移。2.一种人类操作能力迁移的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：构建操作能力训练环境，训练操作能力模型，生成操作能力包，机器人安装操作能力包，操作能力包驱动机器人，优化操作能力模型并更新操作能力包。3.根据权利要求2所述的人类操作能力迁移方...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莹，
申请(专利权)人：深圳市第二人民医院深圳市转化医学研究院，
类型：发明
国别省市：