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機(jī)器人通過(guò)完成編程任務(wù)來(lái)提高技能 王琴 錢俊 王春香 楊如青 上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所 中國(guó)上海2000030 摘要：機(jī)器人方面的示范（PBD）的任務(wù)中，對(duì)象需要系統(tǒng)與環(huán)境的接觸是基于控制技能模型的建立。技能描述為三方面，接觸狀態(tài)分類器，接觸狀態(tài)序列的獲取與控制存在于國(guó)家之間。分類器是發(fā)展與支持向量機(jī)的力感。狀態(tài)序列是由事件觸發(fā)從實(shí)證的力量獲得的信號(hào)。 速度命令的過(guò)渡是通過(guò)線性化方法實(shí)現(xiàn)。PBD系統(tǒng)是成功的~建造開(kāi)放式機(jī)器人控制器。 0 前言 機(jī)器人已經(jīng)成功應(yīng)用在制造業(yè)，那里有著結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)，完成的任務(wù)是簡(jiǎn)單的和相對(duì)重復(fù)的，但是傳統(tǒng)的位置教學(xué)和回放編程方法對(duì)于有特殊要求的用戶，尤其是對(duì)于再完成復(fù)雜任務(wù)的用戶，此外，這些項(xiàng)目基于精準(zhǔn)的位置，如果出現(xiàn)位置不確定性，往往會(huì)失敗，所有這些機(jī)器人的服務(wù)從小方面開(kāi)始推廣，為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員提出了通過(guò)展示編程來(lái)克服。這個(gè)想法是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)編程優(yōu)化人們的現(xiàn)實(shí)生活。它通過(guò)建模，利用簡(jiǎn)單的界面之間的區(qū)別，避免了復(fù)雜的編程，目前，實(shí)現(xiàn)它，是基于機(jī)器人的視覺(jué)加工，然而該方法有一定的局限性，在這個(gè)過(guò)程中接觸工件和工作環(huán)境需配合完成，因?yàn)榻佑|狀態(tài)不能明確確定機(jī)器人的視覺(jué)，因?yàn)闉趼送瓿傻目诮橇Φ姆奖愀械娜蝿?wù)，所以我們開(kāi)發(fā)的PBD是去完成力在接觸狀態(tài)的任務(wù)。力信號(hào)利用的是機(jī)器人兼容的功能，這篇文章的目的不是達(dá)到兼容，而是，基于里信號(hào)最后實(shí)現(xiàn)PBD，最后實(shí)現(xiàn)從完成特定技能向普通能的轉(zhuǎn)換。 1接觸狀態(tài)下技能模型的任務(wù) 大多數(shù)處理在接觸狀態(tài)可以被描述為一個(gè)序列的離散聯(lián)系。如果該機(jī)器人知道的序列處理,轉(zhuǎn)換是可解決的，根據(jù)目前的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換, 機(jī)器人可以完成這項(xiàng)工作。圖1是控制技能模型為任務(wù)在接觸狀態(tài)。如果低頻傳感器變化超出一個(gè)固定值,這意味著接觸狀態(tài) 已經(jīng)改變了。事件觸發(fā)設(shè)置的狀態(tài)分類工作，它的狀態(tài)序列表列出了過(guò)渡的機(jī)人要根據(jù)本接觸狀態(tài)。 在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)渡控制器提供英譯命令，該命令將被執(zhí)行的機(jī)器人控制器。整個(gè)技能可以說(shuō)是在三個(gè)步驟：建立接觸狀態(tài)分類，獲得序列聯(lián)系狀態(tài)和控制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。對(duì)賦予機(jī)器人用這個(gè)技能，我們必須先說(shuō)明接觸狀態(tài)和狀態(tài)序列. 在描述兩個(gè)物體的接觸狀態(tài)，我們需要說(shuō)明它們之間的確切位置和態(tài)度。我們需要的是，他們是如何相互聯(lián)系的定性描述。每個(gè)幾何對(duì)象由三部分組成：點(diǎn)線面，我們就可以描述接觸狀態(tài)。 我們把這種接觸盯著元素描述為接觸形式（ECF）。圖2示出兩個(gè)序列時(shí)發(fā)生了一個(gè)人放置一個(gè)瓶子在桌子上，我們可以這樣描述序列為{，3個(gè)頂點(diǎn)0.4;面，4?'C，S}和{Vertex_＆S：Edge_AB的，S序列b;FaceABC，S}。 2學(xué)習(xí)技術(shù) 2.1元素接觸形式標(biāo)識(shí)符 對(duì)于圖中所示工件。2，保持機(jī)器人手臂，用手直接接觸的環(huán)境，在不同的環(huán)境及自然保育基金,為每個(gè)環(huán)境及自然保育基金，旋轉(zhuǎn)力的木材和記錄信號(hào)。通過(guò)分析傳感器的數(shù)我們發(fā)現(xiàn)，力和力矩向量組每個(gè)環(huán)境及自然保育基金形成一個(gè)圓錐體，每一個(gè)不同的環(huán)境及自然保育基金有不同的力和力矩分配。相同的結(jié)論，可以用于其它形狀中的對(duì)象。圖3和圖4展示出的二維4個(gè)頂點(diǎn)和邊的接觸受力分布預(yù)測(cè)環(huán)境及自然保育基金。 由于不同的環(huán)境及自然保育金有不同的動(dòng)力分配，機(jī)器人可以識(shí)別死亡環(huán)境及自然保育基金力信號(hào)。我們利用的支持矢量蟑螂常開(kāi)/常閉（SVM）建立一個(gè)狀態(tài)標(biāo)識(shí)，SVM是一個(gè)新的統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法。古典的統(tǒng)計(jì)探索?足夠數(shù)量趨于無(wú)窮大時(shí)的漸近理論，而SVM尋求最佳的解決方案現(xiàn)有的的信息，SVM可以解決的問(wèn)題，當(dāng)?shù)叵拗粕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法避免的，并得到全局最優(yōu)解。非線性SVM分類器兩個(gè)ECFs的描述如 。 上述表達(dá)式一二值的標(biāo)識(shí)符。因?yàn)槲覀冇袃煞N以上的接觸狀態(tài)實(shí)驗(yàn)，我們需要一個(gè)多值的標(biāo)識(shí)符。一個(gè)多值標(biāo)識(shí)符可以由“其他”方法獲得， 這使得用多個(gè)標(biāo)識(shí)符和每個(gè)區(qū)分樣本的手段屬于一個(gè)ECF或其他。n種ECF需要n標(biāo)識(shí)符。由于分類的依據(jù)是力的方向和與大小沒(méi)有關(guān)系. 力數(shù)據(jù)必須歸一化. 因此數(shù)據(jù)歸一化力F = { F.。英尺，F(xiàn)Z，先生，我，和BT。}ECF = { 1.2，”}，AR（n是種ECF數(shù)）構(gòu)成訓(xùn)練樣本對(duì)。關(guān)鍵要獲得一個(gè)標(biāo)識(shí)符的細(xì)化數(shù)據(jù)支持向量和拉格朗日乘數(shù).SMO算法，絞車迄今被認(rèn)為是最好的本文應(yīng)用解決方案. 2.2獲取聯(lián)系人的狀態(tài)序列 從人的示范讓接觸狀態(tài)序列，機(jī)器人必須提取序列的一系列的時(shí)間變化在示范力數(shù)據(jù)收集。因?yàn)闋顟B(tài)變化的原因在力信號(hào)相應(yīng)的變化，我們使用事件~更大，使分類器識(shí)別的當(dāng)前狀態(tài)。以這種方式我們可以從力數(shù)據(jù)達(dá)到一個(gè)序列。事件觸發(fā)器基于力信號(hào)的變化建立了。 如果改變超支設(shè)定的閾值，事件觸發(fā)發(fā)送一個(gè)消息給分類器。如果閾值設(shè)置得太高，有可能錯(cuò)過(guò)改變，而如果太低，有可能錯(cuò)誤地解釋動(dòng)態(tài)變化的效果的接觸將導(dǎo)致的損失效率。我們可以根據(jù)得到一個(gè)合適的閾值實(shí)驗(yàn)。圖5是記錄的力信號(hào)的塑料瓶的時(shí)候放在桌子上。圖6是一個(gè)序列的ECF實(shí)現(xiàn)由機(jī)器人。在環(huán)境有很大的干擾和它在一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因?yàn)檠菔居扇祟惖乃闹腿说囊蛩氐难芯勘砻髂侨说姆瓷鋭?dòng)作和肢體運(yùn)動(dòng)的帶寬是在10赫茲，我們使用低通濾波器來(lái)處理力信號(hào)。圖顯示的順序，機(jī)器人終于得到了它是一致的狀態(tài)序列論證 2.3狀態(tài)轉(zhuǎn)換的技巧 既然我們已經(jīng)對(duì)ECF序列，下一步是實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，根據(jù)執(zhí)行任務(wù)序列。在本文中，速度的方向控制和力中斷用于過(guò)渡控制。這意味著機(jī)器人沿著既定的方向和停止時(shí)的受力變化 翻轉(zhuǎn)極限。此方法是獨(dú)立的確切位置它能適應(yīng)環(huán)境的不確定性。推導(dǎo)速度如下. 在演示中我們可以得到相對(duì)位移各坐標(biāo)軸方向。因?yàn)槭诸澱?，曲線不光滑。為了避免不必要的顫振，用線性化方法實(shí)現(xiàn)的方向的速度。首先，我們描述的兩個(gè)相鄰的時(shí)間觸發(fā)事件為T ~和TT。]。然后這兩個(gè)位移描述可以被描述為。分類器的T ~寧模塊應(yīng)用層可以給列車命令。然后命令處理器集合分類器列車。它的函數(shù)原型stroctsv ~ svmtralnlng（~ lassecf，veetorf，classifiername，claparameter） 在classecf是ECF型，vectorf六矢量力，個(gè)體量詞名稱分類名稱，claparameteris參數(shù)描述分類模式的CH為“人”和structsv是一個(gè)結(jié)構(gòu)描述的~支持向量和拉格朗日，為改變態(tài)度讓，”可旋轉(zhuǎn)三軸則相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)位移，4P角度。我們可以通過(guò)一些上面提到的方式得到轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 使用我們上面討論的方法，我們可以實(shí)現(xiàn)元素~游泳的演示程序。但它要求的過(guò)程的初始接觸形成作為ininal相同在示范接觸形成。它不能應(yīng)用于任務(wù)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們必須證明posaible初始接觸形成的序列機(jī)器人。這樣的機(jī)器人將能夠選擇一個(gè)合適的對(duì)于每個(gè)初始接觸形成序列。序列存儲(chǔ)在計(jì)劃表。在確定的初始狀態(tài)下的機(jī)得到正確的序列，通過(guò)查表。 我們添加了兩個(gè)自由度的機(jī)器人用六自由度塞阿拉機(jī)器人設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，該機(jī)器人的涂油機(jī)基于Windows NT的實(shí)時(shí)擴(kuò)展環(huán)境結(jié)束RTX。DSP運(yùn)動(dòng)控制卡用于庫(kù)服務(wù)器控制。的 軟件是建立在模塊化結(jié)構(gòu)使軟件具有良好的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性。 圖7是PBD系統(tǒng)模型。有三個(gè)層次：硬件層，實(shí)時(shí)控制層端用戶應(yīng)用層。應(yīng)用在WinNT和實(shí)時(shí)控制的開(kāi)發(fā)在RTX。他們交換信息的過(guò)程通信對(duì)象。命令處理器驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的模房灰層根據(jù)信號(hào)通信接口。系統(tǒng)程序采用VisualC + +。乘數(shù)。 教學(xué)模塊的序列在應(yīng)用程序?qū)涌梢砸粋€(gè)命令來(lái)設(shè)置增益序列模塊工作。這activa——測(cè)試工程師國(guó)家分類器也。這個(gè)函數(shù)原型的分類器是classECF svmClassify(vectorF,claasifierName,claParameter) 該分類器的輸出傳送到ECF序列模塊和羅恩生成序列表。這個(gè)信息—T /可通過(guò)通信用戶應(yīng)用程序顯示。 工作運(yùn)行?？缮a(chǎn)啟動(dòng)和停止一個(gè)任務(wù)的命令。當(dāng)這個(gè)過(guò)程開(kāi)始，命令處理模塊集的分類器識(shí)別/ T / ~ L狀態(tài)。 接觸狀態(tài)的序列表可以決定未來(lái)的狀態(tài)和其相應(yīng)的轉(zhuǎn)換速度。過(guò)渡的控制器發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，機(jī)器人可以移動(dòng)沿規(guī)定的方向。同時(shí)在U /傷害檢查力信號(hào)的變化，如果力的變化超過(guò)設(shè)定限制觸發(fā)發(fā)送一個(gè)消息來(lái)停止機(jī)器人運(yùn)動(dòng)和集分類器的再分類。上述過(guò)程重復(fù)直到分類器的輸出，在序列的最后狀態(tài)最后，速度序列表返回一零和任務(wù)完成。 4實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在圖2所示的塑料瓶，我們首先{雨的狀態(tài) 分類器的W /釷各種ECF序列，然后證明 把桌上的瓶子可能的初始狀態(tài)平穩(wěn)。最后我們?cè)O(shè)置的機(jī)器人在不同的初始狀態(tài)，讓機(jī)器人 開(kāi)始工作。保證安全的機(jī)器人將停止在個(gè)案工作信號(hào)超出限值。在開(kāi)始的幾實(shí)驗(yàn)對(duì)象被困在桌面和實(shí)驗(yàn)~ F。這是由于不正確的~ EI因?yàn)槲覀儑?guó)家 USC的靜態(tài)力數(shù)據(jù)TRA /寧分類器但的任務(wù)是在一個(gè)執(zhí)行最后從環(huán)境的l由高摩擦。因此，分類器訓(xùn)練使用滑動(dòng)瓶收集的數(shù)據(jù)董桌。AFL ~覺(jué)得任務(wù)能夠順利在不同的初始/ Al的態(tài)度和立場(chǎng)完成。圖8是在端部執(zhí)行器的機(jī)器人的位置和姿態(tài)的WBAN成功地運(yùn)行瓦序列~，C描述圖與這技巧的過(guò)程模式，使機(jī)器人能夠適應(yīng)非結(jié)構(gòu)化服務(wù)貿(mào)易的環(huán)境。 5結(jié)論 （1）基于接觸狀態(tài)的任務(wù)的控制技能模型，PBD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的機(jī)器人。本：?jiǎn)柕慕佑|狀態(tài)描述為一個(gè)序列的離散的接觸狀態(tài)。首先，ECF介紹狀態(tài)然后技能模型提出了。技巧三個(gè)方面進(jìn)行了闡述：接觸狀態(tài)分類器，對(duì)序列的接觸狀態(tài)的獲取和控制狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。 （2）的分類與支持向量機(jī)的開(kāi)發(fā)—利用力SE ~ E.狀態(tài)序列的中國(guó)是從由事件觸發(fā)的示范力信號(hào)。的過(guò)渡速度命令是通過(guò)線性化方法。 （3）的PBD系統(tǒng)是利用機(jī)器人控制成功的建立—具有開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該方法不僅可以提供一個(gè)簡(jiǎn)單的編程方法也適應(yīng)環(huán)境的不確定性，由于系統(tǒng)是基于SK / FI模型和位置信息的獨(dú)立性。它增加了程序的可靠性。因此，這種技術(shù)可以推廣服務(wù)和工業(yè)機(jī)器人中的應(yīng)用。 參考 1 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