仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法及系统与流程

1.本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法及系统。


背景技术：

2.模仿人的形态和行为而设计制造的机器人就是仿人机器人，一般分别或同时具有仿人的四肢和头部。机器人一般根据不同应用需求被设计成不同形状，如运用于工业的机械臂、轮椅机器人、步行机器人等。而仿人机器人研究集机械，电子，计算机，材料，传感器，控制技术等多门科学于一体，代表着一个国家的高科技发展水平。从机器人技术和人工智能的研究现状来看，要完全实现高智能，高灵活性的仿人机器人还有很长的路要走，而且，人类对自身也没有彻底地了解，这些都限制了仿人机器人的发展。
3.仿人机器人具有人类的外观，可以适应人类的生活和工作环境，代替人类完成各种作业，并可以在很多方面扩展人类的能力，在服务，医疗，教育，娱乐等多个领域得到广泛应用。
4.控制系统的任务是根据机器人的作业指令程序及从传感器反馈回来的信号控制机器人的执行机构，使其完成规定的运动和功能。如果机器人不具备信息反馈特征，则该控制系统称为开环控制系统；如果机器人具备信息反馈特征，则该控制系统称为闭环控制系统。该部分主要由计算机硬件和控制软件组成。软件主要由人与机器人进行联系的人机交互系统和控制算法等组成。该部分的作用相当于人的大脑。
5.树莓派(raspberry pi)是为学习计算机编程教育而设计，只有信用卡大小的微型电脑。其体积小巧，却具备所有pc的基本功能，若基于树莓派设计一款用于机器人的控制系统，能够使得机器人也相应的小巧、轻便和动作灵活，目前市面上暂无基于树莓派的仿人实体机器人的控制系统。为此，亟需提供一种基于树莓派的仿人实体机器人的控制系统。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译系统及方法，解决现有暂无仿人实体机器人的动作语义编码与翻译系统的问题以弥补该技术空白。
7.本发明采用的技术方案如下：
8.一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法，包括：
9.建立统一基准时间轴，以及设定采样及编码元动作数据结构和解码元动作数据结构；
10.对各个执行器按照采样及编码元动作数据结构进行数据采样；
11.对采样点按照动作语义进行编码，编码完成后输出编码并存入动作库；
12.在机器人运动时先从所述动作库取出动作编码流，并对动作编码流进行解码；
13.解码后再采用动作平滑算法计算出连续动作编码流，再将连续动作编码流各个动
作点按照解码元动作数据结构进行填充；
14.输出解码动作编码流并按照统一时间轴执行解码动作编码流。
15.在本发明方法的一些实施例中，采样及编码元动作数据结构表示为s＝[id,t,r]；其中，s表示采样和编码数据结构，id表示执行器编号，t表示执行器运行到当前角度的时间点，r表示执行器当前角度。
[0016]
在本发明方法的一些实施例中，解码元动作数据结构表示为a＝[id,t,r,v,a]；其中，a表示解码元动作，id表示执行器编号，t表示执行器运行到当前角度的时间点，r表示执行器当前角度，v表示执行器当前转速，a表示执行器当前加速度。
[0017]
在本发明方法的一些实施例中，还包括设定机器人运动时的联合元动作数据结构：b＝[t,an]；其中，b表示联合动作，t表示联合动作的统一时间轴，an表示n个执行器的当前信息。
[0018]
在本发明方法的一些实施例中，对采样点按照动作语义进行编码，包括：
[0019]
设定统一基准时间轴；
[0020]
将联合动作分割为n个区间段动作；
[0021]
将最长时间动作点的执行器时间设置为联合动作的结束时间；
[0022]
每个执行器按照元动作a对每个区间段动作在tn时间点进行数据填充，tn表示时间轴t上第n个区间段，n为自然数1～n；
[0023]
按照联合动作b填充所有执行器在tn时间点的信息；
[0024]
判断联合动作的结束时间点：若编码动作结束，则输出动作编码流；否则返回继续填充元动作a，直至编码动作结束。
[0025]
在本发明方法的一些实施例中，对动作编码流进行解码，包括：
[0026]
设定统一基准时间轴；
[0027]
从动作库读取所有联合动作编码流；
[0028]
取出tn时间点动作编码流；
[0029]
根据动作编码流采用动作平滑算法计算完整连续平滑动作点；
[0030]
执行tn时间点动作编码流；
[0031]
判断联合动作的结束时间点：若解码动作结束，则停止执行执行器；若解码未结束，则返回继续取下一个时间点动作编码流，直到解码动作结束。
[0032]
在本发明方法的一些实施例中，所述动作平滑算法采用样条插值算法。
[0033]
一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译系统，所述系统被处理器执行时实现如上所述的仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法。
[0034]
在本发明系统的一些实施例中，所述系统包括：
[0035]
搭构模块，用于建立统一基准时间轴，以及设定采样及编码元动作数据结构和解码元动作数据结构；
[0036]
采样模块，用于对各个执行器按照采样及编码元动作数据结构进行数据采样，对采样点按照动作语义进行编码，编码完成后输出编码并存入动作库；
[0037]
解码模块，用于在机器人运动时先从所述动作库取出动作编码流，并对动作编码流进行解码；
[0038]
执行模块，用于解码后再采用动作平滑算法计算出连续动作编码流，再将连续动
作编码流各个动作点按照解码元动作数据结构进行填充，输出解码动作编码流并按照统一时间轴执行解码动作编码流。
[0039]
由于采用上述技术方案，使得本发明取得的技术效果是：
[0040]
在统一的时间轴t下，编号为1～n的执行器分别根据各自的动作编码流进行转动，各个执行器的执行流互相独立且互不干扰，实现仿人机器人的各个关节在同一时间点上独立运动，最终整体效果上即可实现仿人机器人的联动动作。
附图说明
[0041]
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]
图1为本发明实施例提供的仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译系统的框架图。
[0043]
图2为本发明实施例提供的统一基准时间轴下各个执行器的执行流图。
[0044]
图3为本发明实施例提供的动作编码流程图。
[0045]
图4为本发明实施例提供的动作解码流程图。
具体实施方式
[0046]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]
参阅图1，本发明实施例提供了一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译系统，整个系统包括以下四个部分：
[0048]
搭构模块11，用于建立统一基准时间轴，以及设定采样及编码元动作数据结构和解码元动作数据结构；
[0049]
采样模块12，用于对各个执行器按照采样及编码元动作数据结构进行数据采样，对采样点按照动作语义进行编码，编码完成后输出编码并存入动作库；
[0050]
解码模块13，用于在机器人运动时先从动作库取出动作编码流，并对动作编码流进行解码；
[0051]
执行模块14，用于解码后再采用动作平滑算法计算出连续动作编码流，再将连续动作编码流各个动作点按照解码元动作数据结构进行填充，输出解码动作编码流并按照统一时间轴执行解码动作编码流。
[0052]
上述系统可存储于电子设备、计算机可读存储介质中，并且在该系统被处理器执行时，执行一种仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法，具体地方法步骤如下：
[0053]
首先，建立统一基准时间轴，以及设定采样及编码元动作数据结构和解码元动作数据结构，便于在采样及动作编码、解码和执行动作码流时有统一的数据结构标准和时间标准；
[0054]
然后，对各个执行器(电机或舵机)按照采样及编码元动作数据结构进行数据采样；
[0055]
接着，对采样点按照动作语义进行编码，编码完成后输出编码并存入动作库，在机器人运动时需要先从所述动作库取出动作编码流，并对动作编码流进行解码；
[0056]
解码后再采用动作平滑算法(如样条插值算法)计算出连续动作编码流，再将连续动作编码流各个动作点按照解码元动作数据结构进行填充；
[0057]
最后，输出解码动作编码流并按照统一时间轴执行解码动作编码流。具体来说，采样及编码元动作数据结构表示为：
[0058]
s＝[id,t,r]
[0059]
其中，s表示采样和编码数据结构，id表示执行器编号，t表示执行器运行到当前角度的时间点，r表示执行器当前角度。
[0060]
解码元动作数据结构表示为：
[0061]
a＝[id,t,r,v,a]
[0062]
其中，a表示解码元动作，id表示执行器编号，t表示执行器运行到当前角度的时间点，r表示执行器当前角度，v表示执行器当前转速，a表示执行器当前加速度。
[0063]
系统还设定有机器人运动时的联合元动作数据结构：
[0064]
b＝[t,an]
[0065]
其中，b表示联合动作，t表示联合动作的统一时间轴，an表示n个执行器的当前信息。
[0066]
配合图2所示，在统一的时间轴t下，编号为1～n的执行器分别根据各自的动作编码流进行转动，从图中可知，各个执行器的执行流互相独立且互不干扰，如此才能实现仿人机器人的各个关节在同一时间点上独立运动，最终整体效果上即可实现仿人机器人的联动动作。
[0067]
进一步地，参阅图3，本发明实施例提供的仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法中，对采样点按照动作语义进行编码的具体流程如下：
[0068]
第1步：设定统一基准时间轴，所有执行器动作均以基准时间轴为准；
[0069]
第2步：将联合动作分割为n个区间段动作；
[0070]
第3步：将最长时间动作点的执行器时间设置为联合动作的结束时间；
[0071]
第4步：每个执行器按照元动作a对每个区间段动作在tn时间点进行数据填充，tn表示时间轴t上第n个区间段，n为1～n(自然数)；
[0072]
第5步：按照联合动作b填充所有执行器在tn(n为1～n的自然数)时间点的信息；
[0073]
第6步：判断联合动作的结束时间点：若编码动作结束，则输出动作编码流；否则返回第4步继续填充元动作a，直至编码动作结束。
[0074]
进一步地，参阅图4，本发明实施例提供的仿人实体机器人的连续动作语义编码与翻译方法中，对动作编码流进行解码的具体流程如下：
[0075]
第1步：设定统一的基准时间轴，所有执行器动作均以基准时间轴为准；
[0076]
第2步：从动作库读取所有联合动作编码流；
[0077]
第3步：取出tn时间点动作编码流，tn表示时间轴t上第n个区间段，n为1～n(自然数)；
[0078]
第4步：根据动作编码流采用动作平滑算法(如插值算法)计算完整连续平滑动作点；
[0079]
第5步：执行tn(n为1～n的自然数)时间点动作编码流；
[0080]
第6步：判断联合动作的结束时间点：若解码动作结束，则停止执行执行器；若解码未结束，则返回继续第3步取下一个时间点动作编码流，直到解码动作结束。
[0081]
本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。