[发明专利]一种基于隐空间插值的柔性线缆状态预测与控制系统

权利要求书

1.一种基于隐空间插值的柔性线缆状态预测与控制系统，其特征在于，包括：

轨迹数据集采集模块，用于生成机器人动作，并记录机器人动作及执行动作前后的线缆状态原始图像，进而得到机器人操控柔性线缆过程的原始轨迹序列，包括每个时刻的线缆状态原始图像及机器人动作；

状态图像预处理模块，用于对线缆状态原始图像进行预处理，得到线缆状态图像；

下一时刻线缆状态预测模块，利用变分自编码器学习线缆状态图像的隐空间，通过Wasserstein距离对隐空间进行约束，基于隐空间插值的方法生成下一时刻线缆状态图像，并通过计算Wasserstein距离选取下一时刻线缆状态图像；

行为策略模块，利用卷积神经网络学习相邻时刻线缆状态图像间执行的机器人动作，根据当前时刻线缆状态图像及下一时刻线缆状态图像生成当前时刻机器人动作。

2.根据权利要求1所述的一种基于隐空间插值的柔性线缆状态预测与控制系统，其特征在于，所述轨迹数据集采集模块包括动作生成子模块和轨迹记录子模块，具体情况如下：

在所述动作生成子模块中，随机生成机器人动作的运动方向数组，运动方向数组的长度为机器人动作的维度，数组中每个值的取值为-1或1，分别表示沿正方向或反方向；随机生成机器人动作的幅度数组，幅度数组的长度为机器人动作的维度，数组中每个值为非负数；将运动方向数组和幅度数组的每个索引值对应相乘，得到机器人动作；

所述动作生成子模块在采集原始轨迹序列的过程中，使用总相对位移数组记录机器人的机械臂相对初始位置的总相对位移，使用总相对位移阈值对总相对位移数组中每个值的上、下限进行约束；在时间步T＝0时刻，将总相对位移数组初始化为0，然后，随机生成机器人动作的运动方向数组及幅度数组，将运动方向数组和幅度数组的每个索引值对应相乘，得到机器人动作；在每个时刻，若总相对位移数组与机器人动作对应索引值之和均在总相对位移阈值的范围内，视为动作有效，机器人执行该动作，更新时间步T，更新总相对位移数组，更新机器人动作幅度数组，使用上时刻的动作方向数组及更新后的幅度数组对应索引值相乘，得到新时刻的机器人动作；否则，视为该动作无效，同时更新动作方向数组及幅度数组，将其对应索引值相乘来重新选取机器人动作，直至生成的机器人动作有效；

所述轨迹记录子模块记录在采集原始轨迹序列的过程中，将每个时刻摄像头拍摄的线缆状态原始图像保存为jpg格式，将所述动作生成子模块生成的每个时刻机器人动作写入文件中，得到机器人在操控柔性线缆过程中的原始轨迹序列。

3.根据权利要求1所述的一种基于隐空间插值的柔性线缆状态预测与控制系统，其特征在于，所述状态图像预处理模块具体执行以下操作：

裁剪：根据柔性线缆在线缆状态原始图像中的位置，将线缆状态原始图像进行裁剪；

提取：基于线缆及背景的颜色特征，过滤图像中的背景信息得到线缆状态掩码图像；

膨胀：使用大小为h×h的窗口进行图像膨胀，两个h分别代表窗口的像素高度及宽度，得到的结果即为线缆状态图像。