專利名稱：機(jī)器人預(yù)測的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)器人預(yù)測的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
機(jī)器人預(yù)測研究是機(jī)器人研究中最重要的研究方向之一，所謂機(jī)器人預(yù)測有兩個(gè)方向。 其一是對機(jī)器人在運(yùn)動過程中所出現(xiàn)的狀況進(jìn)行模擬，并期望查找出不合理的地方以便進(jìn)行 改正；其二是利用預(yù)測結(jié)果來實(shí)時(shí)了解機(jī)器人的工作狀況，根據(jù)了解的信息來幫助操作或正 確地控制機(jī)器人動作。機(jī)器人預(yù)測技術(shù)牽涉到眾多學(xué)科，如數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)信息處理、計(jì)算 機(jī)圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)以及可視化技術(shù)等等。
遙操作是機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)重要技術(shù)。通過遙操作平臺，操作人員可以監(jiān)視和控制遠(yuǎn)方 機(jī)器人完成各種作業(yè)任務(wù)，從而使機(jī)器人能夠代替人類在一些無法觸及的、甚至一些危及人 類健康或生命安全的環(huán)境下完成各種任務(wù)。預(yù)測是遙操作系統(tǒng)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前的預(yù) 測系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真，并且可以實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器人實(shí)時(shí)碰撞檢測，可 以實(shí)現(xiàn)由遙操作者發(fā)出的操作命令的預(yù)測顯示。
預(yù)測顯示技術(shù)是大時(shí)延遙操作中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。通過預(yù)測顯示技術(shù)對大時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。 網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的存在為操作系統(tǒng)的感知和控制帶來了許多問題，它導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，從而嚴(yán)重 地降低了系統(tǒng)的操作性能。預(yù)測可用來克服遙操作系統(tǒng)中時(shí)延影響，預(yù)測對操作員有很好的 指導(dǎo)和提示作用，減少了時(shí)延影響，提高系統(tǒng)的可操作性。
現(xiàn)有技術(shù)一為日本通產(chǎn)省的仿人機(jī)器人計(jì)劃(HRP， Humanoid Robot Project)資助Fumio Kanehiro等人開發(fā)了虛擬仿人機(jī)器人仿真平臺，該仿真平臺具有與真實(shí)機(jī)器人相同的控制器 結(jié)構(gòu)模型和機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真，并且可以實(shí)現(xiàn)仿人機(jī)器 人實(shí)時(shí)碰撞檢測，可以實(shí)現(xiàn)由遙操作者發(fā)出的操作命令的預(yù)測顯示。但是，該仿真平臺模擬 顯示的是理想情況，運(yùn)行中并不采用機(jī)器人實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此，無法反映實(shí)際機(jī)器人運(yùn)行信息。
現(xiàn)有技術(shù)二為T. B. Sheridan等對行星漫游車做的預(yù)測仿真。首先建立系統(tǒng)運(yùn)行的仿真模 型，在仿真模型中融合系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)、導(dǎo)數(shù)，以及控制輸入，然后讓仿真模型以比實(shí)際過 程快得多的速度運(yùn)行，從而控制行星漫游車的運(yùn)行。這種技術(shù)對單個(gè)實(shí)體或剛體的連續(xù)控制很有效，但不適用于帶有多自由度空間物體的遙操作，如具有30多個(gè)自由度的仿人機(jī)器人的 遙操作，這是因?yàn)槎嘧杂啥瓤臻g物體不能簡單地用一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來代替。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種機(jī)器人預(yù)測的方法和系統(tǒng)。所述技術(shù) 方案如下
一種機(jī)器人預(yù)測的方法，所述方法包括
獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息； 采用時(shí)間序列算法對所述獲取的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī)器人的
位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；
根據(jù)所述下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到
對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示所述預(yù)測的結(jié)果。
所述獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，具體包括 通過安裝于機(jī)器人作業(yè)場景的位置傳感器獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息，并且通過安
裝于機(jī)器人身體多個(gè)關(guān)節(jié)處的角度傳感器獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的多個(gè)自由度的角度信息。
所述獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，具體包括
獲取當(dāng)前時(shí)刻和以往時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息。
所述時(shí)間序列算法具體包括
采用自回歸算法、移動平均算法或自回歸-移動平均算法。
所述機(jī)器人模型為使用三維建模軟件制作的，具有與機(jī)器人相同的外形特征和自由度設(shè) 置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)約束條件；
所述作業(yè)場景模型為使用三維建模軟件制作的，具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置 關(guān)系。
一種機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括
獲取模塊，用于獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息；
運(yùn)算模塊，用于采用時(shí)間序列算法對所述獲取模塊得到的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算， 得到下一時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；
預(yù)測顯示模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)算模塊得到的下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器 人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示所述預(yù)測的結(jié)果。
所述系統(tǒng)還包括位置傳感器，安裝于機(jī)器人的作業(yè)場景中，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息，并發(fā) 送給所述獲取模塊；
角度傳感器，安裝于機(jī)器人身體多個(gè)關(guān)節(jié)處，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的多個(gè)自由度的 角度信息，并發(fā)送給所述獲取模塊。
所述獲取模塊具體用于獲取當(dāng)前時(shí)刻和以往時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè) 自由度的角度信息。
所述時(shí)間序列算法具體包括-
采用自回歸算法、移動平均算法或自回歸-移動平均算法。
所述機(jī)器人模型為使用三維建模軟件制作的，具有與機(jī)器人相同的外形特征和自由度設(shè) 置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)約束條件；
所述作業(yè)場景模型為使用三維建模軟件制作的，具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置 關(guān)系。
本發(fā)明利用機(jī)器人實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，采用時(shí)間序列算法擬合，計(jì)算出未來時(shí)刻機(jī)器人的運(yùn) 行數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建的預(yù)測場景進(jìn)行顯示，使操作人員能夠提前看到機(jī)器人的工作狀況，以便 操作人員根據(jù)這些情況來幫助操作或正確的控制機(jī)器人動作。其中采用的機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行反 饋數(shù)據(jù)，由機(jī)器人本體上的角度傳感器得到的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)和位置傳感器得到的位姿數(shù)據(jù)組成， 這些數(shù)據(jù)能完全表達(dá)機(jī)器人運(yùn)行情況。另外，機(jī)器人模型和作業(yè)場景模型均采用三維建模軟 件構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)全視角觀察圖像，操作者可以任意改變觀察視角，觀察場景的細(xì)節(jié)，控制 靈活，方便使用。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人預(yù)測的方法流程圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人預(yù)測的應(yīng)用場景示意圖3是圖2所示的系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理流程示意圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn) 一步地詳細(xì)描述。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案用于對機(jī)器人在作業(yè)場景中的位置和運(yùn)動情況進(jìn)行預(yù)測，可以適用于機(jī)器人遙操作控制，通過預(yù)測對機(jī)器人在運(yùn)動過程中所出現(xiàn)的狀況進(jìn)行模擬，為 機(jī)器人遙操作提供操作參考依據(jù)。
本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以適用于仿人機(jī)器人，即具有人類外觀特征、可模擬人 類基本動作的機(jī)器人，另外，還可以適用于其他類型的機(jī)器人，如移動機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人 等等。
參見圖l，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種機(jī)器人預(yù)測的方法，包括
步驟101:獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，這 些信息能完全表達(dá)機(jī)器人的運(yùn)行情況；
其中，機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息是指機(jī)器人的位置和姿態(tài)，通常用三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)
和相對三維坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)角來表示。機(jī)器人的自由度通常有多個(gè)，例如，30個(gè)或32個(gè)等。通常，
機(jī)器人自由度的角度信息是指機(jī)器人身體各個(gè)關(guān)節(jié)所連接的連桿之間的相對角度數(shù)據(jù)，每個(gè) 自由度都對應(yīng)一個(gè)角度信息。
機(jī)器人的位姿信息可以由安裝于機(jī)器人作業(yè)場景的位置傳感器獲取，該位置傳感器可以 為一個(gè)，也可以為多個(gè)。自由度的角度信息可以由安裝于機(jī)器人身體多個(gè)關(guān)節(jié)處的角度傳感 器獲取。
在獲取多個(gè)自由度的角度信息時(shí)，可以獲取機(jī)器人所有自由度的角度信息，也可以獲取 部分自由度的角度信息。優(yōu)選地，獲取機(jī)器人的所有自由度的角度信息，可以更精確地反映
機(jī)器人的運(yùn)行狀況。例如，機(jī)器人有32個(gè)自由度，即有32個(gè)關(guān)節(jié)，在每個(gè)關(guān)節(jié)上安裝有角 度傳感器，可以采集其中28個(gè)角度傳感器測量的角度信息，或者采集其中30個(gè)角度傳感器 測量的角度信息，優(yōu)選地，采集32個(gè)角度傳感器測量的角度信息。
步驟102:采用時(shí)間序列算法對獲取的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī) 器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；
時(shí)間序列(Time Series)分析是概率統(tǒng)計(jì)學(xué)科的一個(gè)分支，是運(yùn)用概率統(tǒng)計(jì)的理論和方 法來分析隨機(jī)數(shù)據(jù)序列(或稱動態(tài)數(shù)據(jù)序列)，可以充分展示各領(lǐng)域內(nèi)研究或測試對象的統(tǒng)計(jì) 行為，并將這些行為特征抽象化和模型化，便于了解對象內(nèi)在的本質(zhì)和特性，以及進(jìn)一步應(yīng) 用于預(yù)報(bào)、預(yù)測、自適應(yīng)控制、空間技術(shù)、最佳濾波等諸多領(lǐng)域。
目前常用的時(shí)間序列算法有三種自回歸(AR， Auto Regressive)算法、移動平均(MA， Moving Average)算法和自回歸-平均移動(ARMA， Auto Regressive Moving Average)算法。 本步驟可以采用其中的任一種算法進(jìn)行運(yùn)算。
其中AR算法是實(shí)際處理中被最廣泛采用的算法，本 明實(shí)施例優(yōu)選地采用該算法，其求解方程是一組線性方程，與其相關(guān)的線性預(yù)測分析也是信號處理中普遍采用的核心技術(shù)。 該算法描述了隨機(jī)過程的觀測值與其自身前一個(gè)或者前幾個(gè)時(shí)刻的觀測值有關(guān)或有依賴性。 在數(shù)據(jù)處理、曲線擬合、建立經(jīng)驗(yàn)公式等實(shí)際問題中，自回歸算法都有廣泛的應(yīng)用。
步驟103:根據(jù)得到的下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型 中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示預(yù)測的結(jié)果。
其中，下一時(shí)刻的角度信息的個(gè)數(shù)與當(dāng)前時(shí)刻的角度信息的個(gè)數(shù)是相同的，且一一對應(yīng)，
均對應(yīng)該多個(gè)自由度。例如，獲取的當(dāng)前時(shí)刻的角度信息為30個(gè)A1 A30，分別對應(yīng)機(jī)器 人第1個(gè) 第30個(gè)自由度，運(yùn)算得到的下一時(shí)刻的角度信息仍為30個(gè)B1 B30，同樣對 應(yīng)機(jī)器人第1個(gè) 第30個(gè)自由度。
在本發(fā)明實(shí)施例中，在預(yù)測之前先使用三維建模軟件制作機(jī)器人模型和作業(yè)場景模型。 其中，機(jī)器人模型具有與機(jī)器人相同的外形特征和自由度設(shè)置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動 學(xué)約束條件；作業(yè)場景模型具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)全視角觀 察，操作者可以任意改變視角，來觀察模型的情況。如果機(jī)器人的作業(yè)場景中存在其他物體， 則作業(yè)場景模型中也存在該物體的三維模型，從而可以逼真地模擬出機(jī)器人的作業(yè)場景。
在上述方法中，除了獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息外，還可 以獲取以往時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息。通常，在每個(gè)時(shí)刻獲取位姿信 息和角度信息時(shí)，都會記錄該時(shí)刻獲取的位姿信息和角度信息。如果不僅獲取當(dāng)前時(shí)刻的位 姿信息和角度信息，還獲取以前時(shí)刻的位姿信息和角度信息，則可以從己記錄的以往時(shí)刻的 信息中選取，選取的以往時(shí)刻的具體數(shù)目根據(jù)時(shí)間序列算法預(yù)測誤差最小原則進(jìn)行設(shè)置，可 以為一個(gè)時(shí)刻，也可以為多個(gè)時(shí)刻。例如，在獲取當(dāng)前時(shí)刻t的位姿信息和角度信息的同時(shí)， 還可以在已記錄的信息中選取以往一個(gè)時(shí)刻t-l的位姿信息和角度信息，或者選取以往3個(gè)時(shí) 刻t-l、 t-2和t-3的位姿信息和角度信息，或者選取以往10個(gè)時(shí)刻的位姿信息和角度信息等， 從而運(yùn)算得到下一時(shí)刻t+l的位姿信息和角度信息。其中，t的單位本發(fā)明實(shí)施例不做具體限 定，可以是秒或毫秒等等。
預(yù)測顯示的結(jié)果可以用于遙操作控制，如根據(jù)預(yù)測顯示的結(jié)果控制機(jī)器人的動作等。
參見圖2，為本發(fā)明實(shí)施例提供的進(jìn)行機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)應(yīng)用場景示意圖。該系統(tǒng)包括 遙操作控制終端、機(jī)器人、位置傳感器l n、預(yù)測顯示終端和投影屏幕。其中，機(jī)器人身體 各個(gè)關(guān)節(jié)安裝有角度傳感器，可以實(shí)時(shí)地測量出機(jī)器人各個(gè)自由度的角度信息，并傳給遙操 作控制終端。位置傳感器1， 2， ...， n安裝于機(jī)器人作業(yè)場景中(n為大于或等于1的自然數(shù))， 可以測量出機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息并傳給遙操作控制終端。遙操作控制終端內(nèi)預(yù)置有時(shí)間序列算法，采用該算法對采集到的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻的位 姿信息和角度信息，即反饋預(yù)測數(shù)據(jù)，并輸出顯示到屏幕上，該屏幕可以是遙操作控制終端 的屏幕、或者預(yù)測顯示終端的屏幕、或者專門的投影屏幕等等，由于遙操作控制終端通常都 顯示操作控制界面，因此，優(yōu)選地，將預(yù)測結(jié)果顯示到預(yù)測顯示終端的屏幕上或者通過預(yù)測 顯示終端輸出顯示到投影屏幕上。其中，機(jī)器人作業(yè)場景中位置傳感器的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要 設(shè)置為一個(gè)或多個(gè)，如3個(gè)或5個(gè)等等。
下面以圖2所示的場景為例，參見圖3，具體說明上述機(jī)器人預(yù)測的方法，其步驟如下
① 遙操作控制終端的操作者通過操作界面發(fā)送操作命令給機(jī)器人；
② 機(jī)器人的規(guī)劃控制模塊收到該命令后，發(fā)送給機(jī)器人的執(zhí)行系統(tǒng)，由該執(zhí)行系統(tǒng)控制 機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)的操作；
③ 機(jī)器人身體各個(gè)關(guān)節(jié)上的角度傳感器將測量到的各個(gè)自由度的實(shí)時(shí)角度信息返回給遙 操作控制終端的操作界面；
④ 位置傳感器將測量到的機(jī)器人的實(shí)時(shí)位姿信息傳給遙操作控制終端的操作界面；
⑤ 遙操作控制終端的操作界面將接收到的角度信息和位姿信息發(fā)送給反饋預(yù)測計(jì)算模
塊；
⑥ 遙操作控制終端的反饋預(yù)測計(jì)算模塊用預(yù)設(shè)的自回歸算法對角度信息和位姿信息進(jìn)行 運(yùn)算，得到下一時(shí)刻的角度信息和位姿信息，并將其匹配到預(yù)測顯示終端的機(jī)器人模型上， 驅(qū)動機(jī)器人模型的各個(gè)連桿之間運(yùn)動以及機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型中的位置，來表達(dá)機(jī)器 人在未來時(shí)刻的運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示預(yù)測的結(jié)果給操作者。
其中，步驟③和④不分先后，為同時(shí)執(zhí)行，測得的角度信息和位姿信息為同一時(shí)刻的數(shù) 據(jù)，從而保證機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)反饋的實(shí)時(shí)性。
參見圖4，本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，包括
獲取模塊401，用于獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度 "f曰息；
運(yùn)算模塊402，用于采用時(shí)間序列算法對獲取模塊401得到的位姿信息和角度信息進(jìn)行 運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；
預(yù)測顯示模塊403，用于根據(jù)運(yùn)算模塊402得到的下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動 機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示預(yù)測的結(jié)果。
進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)還包括
位置傳感器404，安裝于機(jī)器人的作業(yè)場景中，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人402的位姿信息，并發(fā)送給獲取模塊401，該位置傳感器404可以為一個(gè)或多個(gè)；
角度傳感器405，安裝于機(jī)器人身體的多個(gè)關(guān)節(jié)處，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人402的多 個(gè)自由度的角度信息，并發(fā)送給獲取模塊401，角度傳感器405的個(gè)數(shù)與機(jī)器人402自由度 的個(gè)數(shù)相同。
其中，獲取模塊401可以具體用于獲取當(dāng)前時(shí)刻和以往時(shí)刻機(jī)器人402在作業(yè)場景中的 位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，從而提高運(yùn)算的精確度，該以往時(shí)刻的個(gè)數(shù)可以為一個(gè) 或多個(gè)。
上述系統(tǒng)中涉及的時(shí)間序列算法具體包括采用自回歸算法、移動平均算法或自回歸-移動平均算法。其中，機(jī)器人模型為使用三維建模軟件制作的，具有與機(jī)器人相同的外形特 征和自由度設(shè)置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)約束條件；作業(yè)場景模型為使用三維建模軟 件制作的，具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置關(guān)系。
本發(fā)明實(shí)施例提供的上述獲取模塊401、運(yùn)算模塊402和預(yù)測顯示模塊403通常用軟件 來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)需要可以集成于一個(gè)設(shè)備中，或者設(shè)置于兩個(gè)設(shè)備中。例如，獲取模塊401和 運(yùn)算模塊402集成于遙操作控制終端中，預(yù)測顯示模塊403設(shè)置在預(yù)測顯示終端上；或者， 獲取模塊401設(shè)置在遙操作控制終端中，運(yùn)算模塊402和預(yù)測顯示模塊403設(shè)置在預(yù)測顯示 終端上等等。另外，預(yù)測顯示模塊403也可以直接和投影屏幕相連，將預(yù)測結(jié)果直接顯示在 投影屏幕上。
本發(fā)明實(shí)施例提供的上述方法和系統(tǒng)，利用機(jī)器人實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，釆用時(shí)間序列算法擬 合，計(jì)算出未來時(shí)刻機(jī)器人的運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過構(gòu)建的預(yù)測場景進(jìn)行顯示，使操作人員能夠提 前看到機(jī)器人的工作狀況，以便操作人員根據(jù)這些情況來幫助操作或正確的控制機(jī)器人動作。 其中采用的機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行反饋數(shù)據(jù)，由機(jī)器人本體上的角度傳感器得到的關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)和位置 傳感器得到的位姿數(shù)據(jù)組成，這些數(shù)據(jù)能完全表達(dá)機(jī)器人運(yùn)行情況。另外，機(jī)器人模型和作 業(yè)場景模型均采用三維建模軟件構(gòu)建，可以實(shí)現(xiàn)全視角觀察圖像，操作者可以任意改變觀察 視角，觀察場景的細(xì)節(jié)，控制靈活，方便使用。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之 內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種機(jī)器人預(yù)測的方法，其特征在于，所述方法包括獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息；采用時(shí)間序列算法對所述獲取的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；根據(jù)所述下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示所述預(yù)測的結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人預(yù)測的方法，其特征在于，所述獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在 作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，具體包括通過安裝于機(jī)器人作業(yè)場景的位置傳感器獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息，并且通過安 裝于機(jī)器人身體多個(gè)關(guān)節(jié)處的角度傳感器獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的多個(gè)自由度的角度信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人預(yù)測的方法，其特征在于，所述獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在 作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息，具體包括獲取當(dāng)前時(shí)刻和以往時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人預(yù)測的方法，其特征在于，所述時(shí)間序列算法具體包括 采用自回歸算法、移動平均算法或自回歸-移動平均算法。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)器人預(yù)測的方法，其特征在于，所述機(jī)器人模型為使用三維建模軟件制作的，具有與機(jī)器人相同的外形特征和自由度設(shè)置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)約束條件；所述作業(yè)場景模型為使用三維建模軟件制作的，具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置 關(guān)系。
6、 一種機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括獲取模塊，用于獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息； 運(yùn)算模塊，用于采用時(shí)間序列算法對所述獲取模塊得到的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；預(yù)測顯示模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)算模塊得到的下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器 人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示所述預(yù)測的結(jié)果。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括位置傳感器，安裝于機(jī)器人的作業(yè)場景中，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息，并發(fā)送給所述獲取模塊；角度傳感器，安裝于機(jī)器人身體多個(gè)關(guān)節(jié)處，用于采集當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人的多個(gè)自由度的 角度信息，并發(fā)送給所述獲取模塊。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，其特征在于，所述獲取模塊具體用于獲取 當(dāng)前時(shí)刻和以往時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)間序列算法具體包括 釆用自回歸算法、移動平均算法或自回歸-移動平均算法。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)器人預(yù)測的系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)器人模型為使用三維建模軟件制作的，具有與機(jī)器人相同的外形特征和自由度設(shè) 置，滿足機(jī)器人多連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)約束條件；所述作業(yè)場景模型為使用三維建模軟件制作的，具有與作業(yè)場景相同的外形特征和位置 關(guān)系。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)器人預(yù)測的方法和系統(tǒng)，屬于機(jī)器人領(lǐng)域。所述方法包括獲取當(dāng)前時(shí)刻機(jī)器人在作業(yè)場景中的位姿信息和多個(gè)自由度的角度信息；采用時(shí)間序列算法對獲取的位姿信息和角度信息進(jìn)行運(yùn)算，得到下一時(shí)刻機(jī)器人的位姿信息和該多個(gè)自由度的角度信息；根據(jù)所述下一時(shí)刻的位姿信息和角度信息驅(qū)動機(jī)器人模型在作業(yè)場景模型中運(yùn)動，得到對機(jī)器人預(yù)測的結(jié)果，并顯示所述預(yù)測的結(jié)果。所述系統(tǒng)包括獲取模塊、運(yùn)算模塊和預(yù)測顯示模塊。本發(fā)明使操作人員能夠提前看到機(jī)器人的工作狀況，以便操作人員根據(jù)這些情況來幫助操作或正確的控制機(jī)器人動作?？梢詫?shí)現(xiàn)全視角觀察圖像，控制靈活，方便使用。
文檔編號G05B17/02GK101587329SQ20091008707
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者余張國, 盧月品, 乾 徐, 敏 李, 強(qiáng) 黃 申請人:北京理工大學(xué)