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機器人通過完成編程任務(wù)來提高技能
王琴
錢俊
王春香
楊如青
上海交通大學(xué)機器人研究所
中國上海2000030
摘要：機器人方面的示范（PBD）的任務(wù)中，對象需要系統(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家之間。分類器是發(fā)展與支持向量機的力感。狀態(tài)序列是由事件觸發(fā)從實證的力量獲得的信號。
速度命令的過渡是通過線性化方法實現(xiàn)。PBD系統(tǒng)是成功的~建造開放式機器人控制器。
0 前言
機器人已經(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)是簡單的和相對重復(fù)的，但是傳統(tǒng)的位置教學(xué)和回放編程方法對于有特殊要求的用戶，尤其是對于再完成復(fù)雜任務(wù)的用戶，此外，這些項目基于精準(zhǔn)的位置，如果出現(xiàn)位置不確定性，往往會失敗，所有這些機器人的服務(wù)從小方面開始推廣，為了解決這個問題，研究人員提出了通過展示編程來克服。這個想法是實現(xiàn)機器人的自動編程優(yōu)化人們的現(xiàn)實生活。它通過建模，利用簡單的界面之間的區(qū)別，避免了復(fù)雜的編程，目前，實現(xiàn)它，是基于機器人的視覺加工，然而該方法有一定的局限性，在這個過程中接觸工件和工作環(huán)境需配合完成，因為接觸狀態(tài)不能明確確定機器人的視覺，因為烏曼人完成的口角力的方便感的任務(wù)，所以我們開發(fā)的PBD是去完成力在接觸狀態(tài)的任務(wù)。力信號利用的是機器人兼容的功能，這篇文章的目的不是達(dá)到兼容，而是，基于里信號最后實現(xiàn)PBD，最后實現(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)可以被描述為一個序列的離散聯(lián)系。如果該機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)過一系列的轉(zhuǎn)換, 機器人可以完成這項工作。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)序列表列出了過渡的機人要根據(jù)本接觸狀態(tài)。
在轉(zhuǎn)動過渡控制器提供英譯命令，該命令將被執(zhí)行的機器人控制器。整個技能可以說是在三個步驟：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。對賦予機器人用這個技能，我們必須先說明接觸狀態(tài)和狀態(tài)序列.
在描述兩個物體的接觸狀態(tài)，我們需要說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。每個幾何對象由三部分組成：點線面，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示出兩個序列時發(fā)生了一個人放置一個瓶子在桌子上，我們可以這樣描述序列為{，3個頂點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)識符
對于圖中所示工件。2，保持機器人手臂，用手直接接觸的環(huán)境，在不同的環(huán)境及自然保育基金,為每個環(huán)境及自然保育基金，旋轉(zhuǎn)力的木材和記錄信號。通過分析傳感器的數(shù)我們發(fā)現(xiàn)，力和力矩向量組每個環(huán)境及自然保育基金形成一個圓錐體，每一個不同的環(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象。圖3和圖4展示出的二維4個頂點和邊的接觸受力分布預(yù)測環(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力分配，機器人可以識別死亡環(huán)境及自然保育基金力信號。我們利用的支持矢量蟑螂常開/常閉（SVM）建立一個狀態(tài)標(biāo)識，SVM是一個新的統(tǒng)計學(xué)習(xí)方法。古典的統(tǒng)計探索?足夠數(shù)量趨于無窮大時的漸近理論，而SVM尋求最佳的解決方案現(xiàn)有的的信息，SVM可以解決的問題，當(dāng)?shù)叵拗粕窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)無法避免的，并得到全局最優(yōu)解。非線性SVM分類器兩個ECFs的描述如 。
上述表達(dá)式一二值的標(biāo)識符。因為我們有兩種以上的接觸狀態(tài)實驗，我們需要一個多值的標(biāo)識符。一個多值標(biāo)識符可以由“其他”方法獲得， 這使得用多個標(biāo)識符和每個區(qū)分樣本的手段屬于一個ECF或其他。n種ECF需要n標(biāo)識符。由于分類的依據(jù)是力的方向和與大小沒有關(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。關(guān)鍵要獲得一個標(biāo)識符的細(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，機器人必須提取序列的一系列的時間變化在示范力數(shù)據(jù)收集。因為狀態(tài)變化的原因在力信號相應(yīng)的變化，我們使用事件~更大，使分類器識別的當(dāng)前狀態(tài)。以這種方式我們可以從力數(shù)據(jù)達(dá)到一個序列。事件觸發(fā)器基于力信號的變化建立了。
如果改變超支設(shè)定的閾值，事件觸發(fā)發(fā)送一個消息給分類器。如果閾值設(shè)置得太高，有可能錯過改變，而如果太低，有可能錯誤地解釋動態(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)得到一個合適的閾值實驗。圖5是記錄的力信號的塑料瓶的時候放在桌子上。圖6是一個序列的ECF實現(xiàn)由機器人。在環(huán)境有很大的干擾和它在一些實驗結(jié)果。因為演示由人類的四肢和人的因素的研究表明那人的反射動作和肢體運動的帶寬是在10赫茲，我們使用低通濾波器來處理力信號。圖顯示的順序，機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ECF序列，下一步是實現(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渡控制。這意味著機器人沿著既定的方向和停止時的受力變化
翻轉(zhuǎn)極限。此方法是獨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位移各坐標(biāo)軸方向。因為手顫振，曲線不光滑。為了避免不必要的顫振，用線性化方法實現(xiàn)的方向的速度。首先，我們描述的兩個相鄰的時間觸發(fā)事件為T ~和TT。]。然后這兩個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)三軸則相對轉(zhuǎn)動位移，4P角度。我們可以通過一些上面提到的方式得到轉(zhuǎn)動方向。
使用我們上面討論的方法，我們可以實現(xiàn)元素~游泳的演示程序。但它要求的過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。為了解決這個問題，我們必須證明posaible初始接觸形成的序列機器人。這樣的機器人將能夠選擇一個合適的對于每個初始接觸形成序列。序列存儲在計劃表。在確定的初始狀態(tài)下的機得到正確的序列，通過查表。
我們添加了兩個自由度的機器人用六自由度塞阿拉機器人設(shè)計的實驗內(nèi)容，該機器人的涂油機基于Windows NT的實時擴展環(huán)境結(jié)束RTX。DSP運動控制卡用于庫服務(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放性和可擴展性。
圖7是PBD系統(tǒng)模型。有三個層次：硬件層，實時控制層端用戶應(yīng)用層。應(yīng)用在WinNT和實時控制的開發(fā)在RTX。他們交換信息的過程通信對象。命令處理器驅(qū)動相應(yīng)的模房灰層根據(jù)信號通信接口。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€命令來設(shè)置增益序列模塊工作。這activa——測試工程師國家分類器也。這個函數(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。這個信息—T /可通過通信用戶應(yīng)用程序顯示。
工作運行模可生產(chǎn)啟動和停止一個任務(wù)的命令。當(dāng)這個過程開始，命令處理模塊集的分類器識別/ T / ~ L狀態(tài)。
接觸狀態(tài)的序列表可以決定未來的狀態(tài)和其相應(yīng)的轉(zhuǎn)換速度。過渡的控制器發(fā)出運動指令，機器人可以移動沿規(guī)定的方向。同時在U /傷害檢查力信號的變化，如果力的變化超過設(shè)定限制觸發(fā)發(fā)送一個消息來停止機器人運動和集分類器的再分類。上述過程重復(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實驗結(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)。最后我們設(shè)置的機器人在不同的初始狀態(tài)，讓機器人
開始工作。保證安全的機器人將停止在個案工作信號超出限值。在開始的幾實驗對象被困在桌面和實驗~ F。這是由于不正確的~ EI因為我們國家 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)練使用滑動瓶收集的數(shù)據(jù)董桌。AFL ~覺得任務(wù)能夠順利在不同的初始/ Al的態(tài)度和立場完成。圖8是在端部執(zhí)行器的機器人的位置和姿態(tài)的WBAN成功地運行瓦序列~，C描述圖與這技巧的過程模式，使機器人能夠適應(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)開發(fā)的機器人。本：問的接觸狀態(tài)描述為一個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。技巧三個方面進行了闡述：接觸狀態(tài)分類器，對序列的接觸狀態(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的開發(fā)—利用力SE ~ E.狀態(tài)序列的中國是從由事件觸發(fā)的示范力信號。的過渡速度命令是通過線性化方法。
（3）的PBD系統(tǒng)是利用機器人控制成功的建立—具有開放的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。該方法不僅可以提供一個簡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)機器人中的應(yīng)用。
參考
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2 香港的B.向自動機器人指令從皮尤~性映射人類掌握~到機械手抓握。IEEE機器人與IMR ~方向自動化，1997,19（19281 ~ 95
3 王ciaua ~鎂是一cammtly RR ..×R ~ RCH所robori ~教授。，禁止~美元AEI交通0univ ~泰，下巴~ h×R ~ seamh興趣包括IA ~茶—以桑~ ~，~ 1機器人和appliga ~教授。TCH
86-21。'62932680；電子郵件：哇。N ~河~原位。~ xl
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