Способы и системы манипулирования объектами с помощью робота для конкретного применения в инструментальной среде с электронными библиотеками мини-манипуляций - RU2017106935A
Код документа: RU2017106935A
Формула
1. Роботизированная платформа управления, которая включает в себя:
один или несколько робототехнических датчиков;
один или несколько робототехнических исполнительных механизмов;
механическую робототехническую конструкцию, содержащую, по меньшей мере, роботизированную голову с установленными датчиками, на шарнирной шее, две роботизированные руки с исполнительными механизмами и датчиками усилия;
электронную базу данных библиотек мини-манипуляций, соединенную с возможностью связи с механической робототехнической конструкцией, где каждая мини-манипуляция включает в себя последовательность этапов для достижения предварительно определенного функционального результата, где каждый этап состоит из воспринимающего действия или параметризованного действия исполнительного механизма;
робототехнический модуль планирования, соединенный с возможностью связи с механической робототехнической конструкцией и электронной базой данных библиотек и выполненный с возможностью комбинировать множество мини-манипуляций для реализации одного или нескольких предметно-ориентированных применений;
робототехнический модуль интерпретирования, соединенный с возможностью связи с механической робототехнической конструкцией и электронной базой данных библиотек и выполненный с возможностью считывать этапы мини-манипуляций из библиотеки мини-манипуляций и конвертировать их в машинный код; и
робототехнический модуль исполнения, соединенный с возможностью связи с механической робототехнической конструкцией и электронной базой данных библиотек и выполненный с возможностью выполнять этапы мини-манипуляций на роботизированной платформе для получения функционального результата, ассоциированного с этими этапами мини-манипуляций.
2. Роботизированная платформа по п. 1, в которой каждая мини-манипуляция включает в себя набор предварительных условий, необходимых для корректного выполнения этапов мини-манипуляций и набор выходных условий, являющихся функциональным результатом выполнения всех этапов соответствующей мини-манипуляции.
3. Роботизированная платформа по п. 1, в которой мини-манипуляции разработаны и протестированы таким образом, чтобы осуществляться в пределах пороговых значений оптимальной производительности при достижении функционального результата, где оптимальная производительность направлена на решение конкретной задачи, но по умолчанию допускается 1% отклонение от оптимальной, если иное специально не указано для каждого предметно-ориентированного применения.
4. Роботизированная платформа по п. 1, в которой механическая робототехническая конструкция включает в себя процессор для управления одним или несколькими робототехническими датчиками и одним или несколькими исполнительными механизмами.
5. Роботизированная платформа по п. 1, дополнительно содержащая робототехнический модуль обучения, соединенный с возможностью связи с механической робототехнической конструкцией и электронной базой данных библиотек, причем указанные робототехнические датчики выполнены с возможностью осуществлять запись действий человека, а указанный модуль роботизированной платформы человекоподобного робота выполнен с возможностью использовать записанную последовательность действий человека для обучения новой мини-манипуляции, выполняемой роботизированной платформой для получения того же самого функционального результата, как было записано для человека.
6. Роботизированная платформа по п. 5, в которой робототехнический модуль обучения выполнен с возможностью оценивать вероятность получения функционального результата, если предварительные условия мини-манипуляции обеспечены модулем исполнения, а значения параметров мини-манипуляции находятся в пределах заданного диапазона.
7. Роботизированная платформа по п. 1, которая дополнительно содержит механизм человеко-машинного интерфейса, обеспечивающий человеку возможность уточнить выученную мини-манипуляцию путем указания и передачи диапазонов значений для параметров этой мини-манипуляции и задания предварительных условий для мини-манипуляции в роботизированную платформу посредством механизма человеко-машинного интерфейса.
8. Роботизированная платформа по п. 1, в которой робототехнический модуль планирования выполнен с возможностью вычислять сходство с ранее сохраненными планами и использовать прецедентные критерии для формулировки нового плана на основании модификации и дополнения одного или нескольких ранее сохраненных планов, использованных для получения аналогичных результатов, причем новый сформулированный план включает в себя последовательность мини-манипуляций для сохранения в электронной библиотеке планов.
9. Человекоподобный робот с компьютерным контроллером, управляемый командами операционной системы для роботов, включающий в себя:
базу данных, содержащую множество электронных библиотек мини-манипуляций, где каждая библиотека включает в себя множество мини-манипуляционных элементов, причем множество электронных библиотек мини-манипуляций можно комбинировать для создания одного или нескольких машиноисполняемых наборов команд, направленных на конкретное применение, а множество мини-манипуляционных элементов электронной библиотеки мини-манипуляций можно комбинировать для создания указанных машинисполняемых наборов команд, направленных на конкретное применение;
робототехническую конструкцию с верхним и нижним корпусами, соединенными с головой шарнирной шеей, где верхний корпус включает в себя торс, плечи, руки и кисти; и
систему управления, соединенную с возможностью связи с указанной базой данных, сенсорной системой, системой интерпретирования сенсорных данных, планировщиком движений, исполнительными механизмами и соответствующими контроллерами, причем система управления выполнена с возможностью выполнять наборы команд, направленных на конкретное применение, для функционирования робототехнической конструкции.
10. Человекоподобный робот по п. 9, в котором робототехническая конструкция включает в себя дополнительный нижний корпус, имеющий пару шарнирных ног, соединенных с торсом, и пары ступней, соединенных с шарнирными ногами.
11. Человекоподобный робот по п. 9, в котором каждая мини-манипуляция из множества электронных библиотек мини-манипуляций содержит один или несколько наборов данных, имеющих совокупность переменных величин и программных алгоритмов для управления контролирующей функцией робота, причем совокупность переменных величин и программных алгоритмов состоит из группы параметров времени, позиции, скорости, усилия и крутящего момента.
12. Человекоподобный робот по п. 10, в котором каждая мини-манипуляция содержит набор предварительных условий, необходимых для выполнения мини-манипуляции, и набор выходных условий, являющихся функциональным результатом выполнения мини-манипуляции.
13. Выполняемый компьютером способ управления робототехнической конструкцией с помощью одного или нескольких контроллеров, одного или нескольких датчиков и одного или нескольких исполнительных механизмов для выполнения одной или нескольких задач, в котором:
обеспечивают наличие базы данных, имеющей множество электронных библиотек мини-манипуляций, где каждая электронная библиотека мини-манипуляций включает в себя множество мини-манипуляционных элементов, причем множество электронных библиотек мини-манипуляций можно комбинировать для создания одного или нескольких машиносполняемых наборов команд, направленных на решение конкретной задачи, а множество мини-манипуляционных элементов электронной библиотеки мини-манипуляций можно комбинировать для создания одного или нескольких машиносполняемых наборов команд, направленных на конкретную задачу;
выполняют наборы команд, направленных на конкретную задачу, таким образом, чтобы робототехническая конструкция выполнила соответствующую задачу, где робототехническая конструкция имеет верхний корпус, соединенный с головой шарнирной шеей, и верхний корпус, включающий в себя торс, плечи, руки и кисти;
направляют индексированные по времени высокоуровневые команды, относящиеся к позиции, скорости, усилию и крутящему моменту, в одну или несколько аппаратных частей робототехнической конструкции; и
принимают сенсорные данные от одного или нескольких датчиков для факторизации с указанными индексированными по времени высокоуровневыми командами, чтобы генерировать низкоуровневые команды для управления одной или несколькими аппаратными частями робототехнической конструкции.
14. Способ по п. 13, в котором робототехническая конструкция содержит дополнительный нижний корпус, имеющий пару шарнирных ног, соединенных с торсом, и пару ступней, соединенных с шарнирными ногами.
15. Выполняемый компьютером способ генерирования и выполнения робототехнической задачи робота, в котором:
генерируют множество мини-манипуляций в сочетании с наборами параметрических мини-манипуляционных данных, где каждая мини-манипуляция ассоциирована по меньшей мере с одним конкретным набором параметрических мини-манипуляционных данных, задающих требуемые постоянные, переменные величины и профиль последовательности по времени, ассоциированные с каждой мини-манипуляцией;
генерируют базу данных, имеющую множество электронных библиотек мини-манипуляций, где множество электронных библиотек мини-манипуляций содержит наборы данных по мини-манипуляциям, последовательности мини-манипуляционных команд, одну или несколько библиотек управления, одну или несколько библиотек технического зрения и одну или несколько библиотек коммуникации внутренних процессов;
выполняют высокоуровневые робототехнические инструкции высокоуровневым контроллером для выполнения конкретных робототехнических задач путем выбора, группирования и организации множества электронных библиотек мини-манипуляций из базы данных, тем самым генерируя набор команд, направленных на конкретную задачу, причем этап выполнения включает в себя разбивку последовательностей высокоуровневых команд, ассоциированных с набором команд, направленных на конкретную задачу, на одну или несколько отдельных, машиноисполняемых последовательностей команд для каждого исполнительного механизма робота; и
выполняют низкоуровневые робототехнические команды низкоуровневым контроллером для выполнения отдельных последовательностей машиноисполняемых команд для каждого исполнительного механизма робота, где отдельные последовательности машиноисполняемых команд совместно обеспечивают работу исполнительных механизмов робота для выполнения конкретной задачи робота.
16. Способ по п. 15, в котором при выполнении каждой мини-манипуляции проверяют соблюдение набора предварительных условий, необходимых для выполнения этой мини-манипуляции, а в качестве функционального результата выполнения мини-манипуляции обеспечивают соблюдение набора выходных условий.
17. Способ по п. 15, в котором обучение мини-манипуляциям осуществляют с помощью модуля обучения, размещенного на роботизированной платформе человекоподобного робота, на основании одного или нескольких наблюдений за действиями человека, требуемыми для выполнения аналогичной мини-манипуляции и получения аналогичного функционального результата.
18. Способ по п. 17, в котором дополнительно уточняют выученную мини-манипуляцию путем указания диапазонов значений для параметров мини-манипуляции и уточнения ряда предварительных условий для этой мини-манипуляции.
19. Способ по п. 17, в котором дополнитльно вычисляют вероятность достижения функционального результата, если соблюдены предварительные условия и значения параметров находятся в заданном диапазоне.
20. Способ по п. 17, в котором дополнительно формулируют план с использованием прецедентных критериев, на основании изменения и дополнения одного или нескольких ранее сохраненных планов, используемых для получения аналогичных результатов, причем новый сформулированный план включает последовательность мини-манипуляций.
21. Выполняемый компьютером способ управления робототехническим приспособлением, в котором:
составляют один или несколько наборов мини-манипуляционных данных характера поведения, где каждый из этих наборов включает в себя одно или несколько элементарных действий для построения одного или нескольких более комплексных характеров поведения, причем каждый из указанных наборов данных имеет коррелирующий функциональный результат и ассоциированные калибровочные переменные для описания и управления каждым набором мини-манипуляционных данных характера поведения;
связывают один или несколько наборов данных характера поведения с данными физической среды, взятыми из одной или нескольких баз данных для создания связанных мини-манипуляционных данных, ге данные физической среды включают в себя данные физической системы, данные контроллера для осуществления робототехнических движений и сенсорные данные для отслеживания и управления робототехническим приспособлением; и
конвертируют связанные мини-манипуляционных данных высокого уровня из одной или нескольких баз данных в машиноисполняемый командный код низкого уровня для каждого контроллера исполнительного механизма от А1 до An для каждого периода времени от t1 до tm, для отправки команд робототехническому приспособлению для выполнения одной или нескольких выданных команд в непрерывном наборе вложенных циклов.
22. Способ по п. 21, в котором перед составлением набора данных создают одну или несколько мин-манипуляций и кодируют каждую мини-манипуляцию для сохранения в электронной библиотеке мини-манипуляций.
23. Способ по п. 21, в котором данные физической системы включают в себя параметры робота и данные о геометрии среды.
24. Способ по п. 21, в котором управляющие данные включают в себя типы команд и данные по приращениям.
25. Способ по п. 21, в котором сенсорные данные включают в себя данные технического зрения, данные динамических/статических измерений и данные по процессам, связанным с исполнением программного обеспечения, включая коммуникационные данные и данные обработки ошибок.
26. Способ по п. 21, в котором каждый контроллер исполнительного механизма от A1 до An выполняет контрольный цикл согласно позиции/скорости и/или усилию/крутящему моменту для каждого периода времени от t1 до tm.
