本发明专利技术公开了一种服务机器人行为实现方法，行为由至少一个动作组成，动作由至少一个动作片段组成，包括步骤：环境与意图分析，即分析服务机器人所述的环境结构，理解指挥者的意图，确定行为对象，行为动作设计，即将所述服务机器人行为分解为按序排列的一系列动作，并进一步将每个动作具体化为多个按序排列的动作片段的集合；动作实现与校正，即利用服务机器人的传感器和机械驱动部件实现所述的各个动作片段，并进一步完成各个动作和行为。本发明专利技术通过定义一定数量的动作片段，根据行为的要求将这些动作片段组合在一起，利用衔接和平滑技术实现动作状态的连续切换，最后在环境限制的约束下利用行为的动态管理机制实现环境与约束的适应性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机器人
，特别涉及。
技术介绍
服务机器人是机器人的一种，作为一种自主机器人具有巨大的应用价值。主要从事维护保养、个人高端服务、保安巡逻、救援监护等任务。因此对于服务机器人的行为能力具有极高的要求。另外，由于服务机器人的工作环境和条件限制约束通常具有较强的不确定性，所以对于服务机器人的环境适应能力和约束适应能力均具有较高的要求。为了实现上述的要求，服务机器人所必须具有的动作行为通常比较复杂，为了实现其所必须具备的所有动作，对于服务机器人的动作设计也变得较为复杂。传统上，服务机器人的行为通常仅按照设计要求进行预先的设置，所以机器人的·行为能力受到极大的约束，在设计目标之外的应用就难以满足用户或应用的需求。而且对于新的行为的设置将十分复杂和困难，且机器人在行为方面缺乏有效的模仿机制，无法实现全部肢体或部分肢体的动作模仿。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，以解决现有技术中服务机器人无法满足复杂行为设置和实现的问题。本专利技术建立在动作片段的组合基础上，实现各类服务机器人的行为管理与控制。本专利技术利用机器人各肢体所能够完成的各类基本的动作，构成动作的集合空间。在动作集合空间的基础上，选择一定数量和类型的单纯动作并利用空间矢量和时间矢量对动作进行排序形成一个动作片段。用于确定动作排序的空间矢量与时间矢量具有相对关系，在实际的应用中通过制定一个参考坐标系将空间矢量与时间矢量映射到实际的现实世界中，作为行为实现的基础。在本专利技术中机器人的行为是指能够完成具有一定实际意义的，满足人们确定需求的一组动作的集合，如行进到达某地点、拿取物品等。在本专利技术中机器人的行为可以由一定数量的子行为构成。行为是具有确切现实含义的动作集合。在本专利技术中所谓的动作片段是指构成机器人行为的最基本元素，不可以再进一步的分解为有意义的行为成分。本专利技术的技术方案是，，所述的行为由至少一个动作组成，所述的动作由至少一个动作片段组成，包括以下步骤环境与意图分析，即分析服务机器人所述的环境结构，理解指挥者的意图，确定行为对象，该行为对象至少是一个；行为动作设计，即将所述服务机器人行为分解为按序排列的一系列动作，并进一步将每个动作具体化为多个按序排列的动作片段的集合；动作实现与校正，即利用服务机器人的传感器和机械驱动部件实现所述的各个动作片段，并进一步完成各个动作和行为。进一步的，用一系列平滑过渡前后衔接的所述服务机器人肢体关节姿态向量表征所述各个动作片段，该关节姿态向量由服务机器人的机械驱动部件识别执行。进一步的，所述的关节姿态向量包括空间相对位置坐标参数和姿态角参数，姿态角参数为绕私有坐标系三个轴旋转的角度，分别表征俯仰、偏航和横滚，所述关节姿态向量的坐标系由其上级主动关节所决定，即从动关节的私有坐标系为其主动关节的相对坐标系O进一步的，所述的服务机器人的机械驱动部件执行所述的关节姿态向量分为进入阶段、执行阶段和退出过渡阶段，进入阶段与退出过渡阶段用于与前后动作片段衔接，其中，进入阶段由上一动作片段的结束状态开始，在执行阶段的起始状态和外界条 件的约束下，完成状态的一步步转移，直到转移至执行阶段的开始，每一个退出过渡状态在输入和外界条件的约束下确定下一步的转移方向，退出过渡阶段，将执行阶段的结束状态视为输入，在下一个动作片段的开始的状态约束下完成转移。本专利技术是一种服务机器人矢量动作片段合成的行为管理技术，将服务机器人的行为利用若干动作片段的组合加以表示。这些动作片段以矢量化的方式加以描述，并通过动作片段衔接和平滑相互连接在一起。服务机器人根据环境条件，利用行为管理机制动态调整动作片段的组合形式实现环境的适应性。服务机器人行为利用若干动作片段的组合加以表不，将机器人某一具体目的性的行为由若干动作片段的组合加以表达。每个动作片段相对独立，通过将不同的片段组合以产生不同类型的机器人行为。动作片段采用方向与相对幅度的矢量形式描述运动状态的转化与切换。动作的方向与幅度与相对矢量空间有关，可以令机器人在各种不同的姿态条件下准确完成各类动作的实施。动作片段的描述的是动作的一个小型集合，其中包括基本动作方式、可能的状态转移路径和误差容限。动作间进行衔接时则利用当前状态与下一个目标状态之间的差异进行状态转移，必要时插入若干平滑片段实现转移的平滑特性。本专利技术根据服务机器人所处的环境和约束条件，动态的调整一个行为中的动作片段的组合实现形式，以适应不同环境和条件的约束。本专利技术提供了一种服务机器人行为管理和控制的理论和技术。通过定义一定数量的动作片段，并根据行为的要求将这些动作片段组合在一起形成全新的行为模式。在实现中，动作片段由一系列矢量表征，利用衔接和平滑技术实现动作状态的连续切换，最后在环境限制的约束下利用行为的动态管理机制实现环境与约束的适应性。附图说明图I是本专利技术一实施例中服务机器人行为实现示意图具体实施例方式如令服务机器人完成一个“倒水”的行为，在本专利所保护的技术的具体实现中，首先是通过分析环境结构和人的意图等因素确定操作对象，然后再将倒水的行为分解成为一系列动作片段的组合，最后利用传感器和机械驱动部分加以实现的。因此本专利所保护的技术在实现的过程方面可以分为三个层次同时也是主体流程的三个步骤，即环境与意图分析、行为动作设计和动作实现与校正。在收到“倒水”的指令后，系统首先确定该指令的行为对象要素，即水源和容器。以家居或办公室环境为例，水源的对象和位置通常是确定和已知的，如饮水机，热水器或暖壶等。而容器可以通过视觉传感器或直接由控制者指出，如茶杯、纸杯等。由此完成了基本的环境和意图分析。在上一环节的基础上进行行为和动作设计。需要指出在本项技术中认为行为是动作构成的，动作是由一系列动作片段构成的，如下所述。行为包括取容器、行进至水源、打开水源取水、衡量容器液面高度、适时关闭水源和返回目的地或出发点；动作包括握持容器、行进方向与距离、打开及液面监视、返回路径；动作片段包括握持方式、力度反馈、行进策略、打开与关闭水源方式、监视图像处·理、返回策略。上述所示的层次化的结构实际就是由行为分解为动作在具体化为动作片段的过程。机器人系统根据指令确定行为方式，再根据行为方式分解为一系列动作，最后将各动作具体化为动作的片段。如图I所示。在获知倒水的指令后，先根据动作作用对象形成行为，即需要动作落实到各环节构成，取容器、行进到水源、打开、监视液面、关闭、返回等。在动作方面根据对象的差别采用不同的行为方式，如一般茶杯和纸杯，握持的方式就会存在差异，不同的水源，如水龙头和饮水机的操作方法就会不同。而环境的不确定性也会令向水源行进和返回充满障碍和不确定性。由于行为均具有明确现实含义，因此可以采用语义描述行为之间的关系实现子行为组合成为高级的行为模式。语义化的描述是指以文字的形式描述行为之间的呈递衔接关系，如先后次序、如果…那么….等。动作片段由关节的矢量变化表示。机器人的一个活动关节的当前姿态可以由其位置坐标和姿态角构成。位置坐标采用相对坐标表示，即在该关节的私有坐标系下的位置坐标，由空间的xyz三个参数构成，姿态角则为绕私有坐标系三个轴旋转的角度，分别表征俯仰、偏航和横滚。因此关节的姿态由6个参数确定，可以表示为一个关节姿态向量P = (x, V, Γ, CL β'本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种服务机器人行为实现方法，所述的行为由至少一个动作组成，所述的动作由至少一个动作片段组成，其特征在于，包括以下步骤：环境与意图分析，即分析服务机器人所述的环境结构，理解指挥者的意图，确定行为对象，该行为对象至少是一个；行为动作设计，即将所述服务机器人行为分解为按序排列的一系列动作，并进一步将每个动作具体化为多个按序排列的动作片段的集合；动作实现与校正，即利用服务机器人的传感器和机械驱动部件实现所述的各个动作片段，并进一步完成各个动作和行为。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘语宏，
申请(专利权)人：上海泰熙信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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