[发明专利]机器人交互行为控制

说明书

技术领域

本发明涉及用于计算并控制机器人对动态环境的反应的技术。这种技术例如可用于创建与这种系统的动态交互，例如对物体的协作交接，或者需要动态交互的任何其它协作任务。然而，本发明并不限于控制理论的领域，而是也可应用于其它机械系统。

发明内容

本发明的目的是对诸如机器人的机械系统与其环境的交互进行改进。

上述目的可通过独立权利要求的特征来实现。从属权利要求进一步展开了本发明的中心思想。

本发明的第一方面涉及诸如机器人的智能机械系统的行为的控制方法，所述机器人能够执行分别包括多个自由度的不同运动行为，

所述方法包括以下步骤：

向选择器单元定义行为的对象，

所述选择器单元生成分别适于到达所定义的对象的多个行为命令；

对于每个备选命令，由作为所述机械系统的组成部分的计算单元对所述机械系统的(多个)对应结果运动进行内部仿真，

针对至少一个目标，对所仿真的结果运动中的每一个的适合度进行评估；以及

将导致具有最高适合度值的仿真运动的命令发送给所述机械系统的物理致动器。

应当将“内部仿真”理解成所述机械系统例如借助集成计算单元来自主地对不同备选方案进行仿真。

所述机械系统可以是自主机器人。

可以由所述机械系统的视觉系统来生成所述对象。

使用反向动力学或反向运动学方法来执行所述仿真。

利用成本函数来计算所述适合度。

将内部仿真处理速度设置得高于基础机械系统的机械响应时间。

按重复方式执行所述多个处理步骤。

所述仿真可以包括自碰撞检测、自碰撞避免和/或对外部物体的避让。

所述仿真是对运动的运动学仿真或考虑系统的运动和力相互作用的动力学仿真。

本发明还涉及被设计成实现这种方法的控制器。

本发明还涉及具有这种控制器的机器人。

最后，本发明还涉及一种计算机软件产品，当所述计算机软件产品在计算设备上运行时，其实现根据前述任一项所述的方法。

附图说明

当结合所附附图来阅读对实施例的下列详细描述时，本发明的其它特征、方面以及目的将对本领域的技术人员变得明了。图中：

图1示出了用于对机器人的交互行为进行控制的图；和

图2示出了四个仿真实例的适合度函数随时间的演变。

具体实施方式

本发明提出了一种诸如机器人的智能机械系统，该智能机械系统能够执行分别包括多个自由度的不同运动行为。

“智能”是指该系统配备有能够处理高级命令并且能够响应于这些命令对机械系统的物理行为进行控制的计算单元，响应于(环境相关的)高级命令的行为代表交互行为。

将机械系统设计成对行为进行“切换”，即，在多个备选行为选项中进行选择。可以例如基于如图1所示的内部仿真架构来进行对在实践中(而不仅是在内部仿真中)实际执行的物理行为的选择。如图1所示，将由高级任务(如由机器人的视觉系统或其它(例如听觉)传感系统所处理并确定的对象)产生的高级命令发送给选择实例(选择器)。该对象可以具有抽象的形式并且不一定要与机器人专用对象描述相对应。

可以由机器人自己(例如借助于物体识别)和/或通过向机器人传送外部命令来生成高级任务。

在第二步骤中，由选择器对该高级对象进行处理。这种机制根据抽象对象来生成不同的命令cmd1、cmd2、……。生成这些个体命令中的每一个，以便能够实现所述高级对象。这些命令cmd1、cmd2、……对应于可以由具有大量自由度的基础机器人或者其它机械系统进行物理控制的控制输入。对于所生成的命令cmd1、cmd2、……的数量来说，没有上限。

在第三步骤中，将每一个个体命令传递给基础机器人/系统的内部仿真机构。该内部仿真机构接收所述命令，并且通过计算来对该机器人/系统的各自运动进行仿真。在机器人控制中，例如可利用“反向运动学”或“反向动力学”的方法来进行该仿真。

在又一步骤中，内部仿真接着对所仿真的运动进行评估，其中，它利用成本函数来计算一个值，该成本函数表示不同的目标(使速度、所消耗的资源等最优化)。也可以将该值称为“适合度值”。

在优化领域中“成本函数”和“适合度值”是公知的术语。