【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機器人，更具體地，涉及一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統及方法。
技術介紹
1、隨著機器人技術的迅猛發展，遙操作機器人在復雜和危險環境中以及數據采集中的應用越來越廣泛，特別是人形機器人在執行與人類相似任務時，具有較高的靈活性和適應能力。
2、然而，傳統的遙操作方式面臨操作滯后、信息反饋不足等挑戰。在傳統的“人-機”互動中，操作者往往無法直接與物理機器人保持同步，導致操作滯后或誤操作，從而增加了機器人的損壞風險。此外，為了使機器人能夠模仿人類動作執行一系列任務，通常需要大量虛擬和真實的數據進行訓練，但此類數據常常十分匱乏。物理機器人與自然人在結構上的顯著差異，使得現有系統在進行空間映射時往往存在誤差，影響操作精度，也使得直接進行遙操作變得困難。在傳統的遙操作系統中，數據的有效管理、采集以及與智能增強模塊的結合應用尚存在一定的不足，難以滿足大規模訓練數據需求以及復雜任務的泛化執行。如何通過更先進的遙操作方式高效采集大規模、類人特征的數據，也成為當前領域中的一大難題。
3、因此，傳統遙操作系統中的操作延遲、數據反饋不足及類人的機器人訓練數據匱乏、人機交互不自然等問題，成為本領域的技術難題。
技術實現思路
1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本專利技術提供了一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統及方法，由此解決傳統遙操作系統中的操作延遲、類人的機器人訓練數據匱乏的技術問題。
2、為實現上述目的，按照本專
3、所述人機交互模塊用于將自然人的信息傳輸至所述預測仿真模塊，以及將數字機器人和/或物理機器人反饋的狀態信息反饋至自然人；
4、所述預測仿真模塊用于將自然人的信息對齊到物理機器人的執行動作信息即得到人機對齊數據，將人機對齊數據轉換得到物理機器人關節電機轉動角度，也即得到數字機器人的動作指令序列，根據所述動作指令序列和物理機器人反饋信息實時預測動作指令序列的后續若干個動作指令，將所述動作指令序列和所述后續若干個動作指令合并后輸入數字機器人；還用于根據物理機器人反饋的狀態信息實時糾正數字機器人的狀態，使其始終與物理機器人的狀態保持一致；
5、所述數字機器人用于根據合并后的動作指令序列在所述虛擬環境中執行相應動作，若執行過程中存在安全問題，則停止執行，否則將所述合并后的動作指令序列發送給物理機器人；
6、所述物理機器人用于根據所述合并后的動作指令序列實現與所在物理環境的交互，并實時將狀態信息反饋至預測仿真模塊和人機交互模塊；所述虛擬環境與所述物理環境為孿生環境；
7、所述數據管理模塊用于采集和管理人機交互模塊、物理機器人和/或數字模擬模塊運行過程中的數據。
8、優選的，所述數據管理模塊采集的數據包括所述自然人的信息、數字模擬仿真信息、物理機器人數據和/或ai合成數據，所述自然人的信息包括自然人的動作信息、動作時序信息和/或語音信息，所述數字模擬仿真信息包括所述預測仿真模塊產生的數據和所述數字機器人在虛擬場景中運動或訓練所生成的數據；所述物理機器人數據包括物理機器人在被遙操作過程中產生的數據；所述ai合成數據為將所述自然人的信息、所述數字模擬仿真信息和/或所述物理機器人數據用ai合成的數據。
9、優選的，所述數字模擬模塊還包括智能增強子模塊，其包括預測訓練單元、決策智能單元、操作智能單元和移動智能單元，其中，
10、所述預測訓練單元用于采用所述數據管理模塊采集的數據作為訓練集，對所述預測仿真模塊進行訓練，使之預測結果更準確；
11、所述決策智能單元用于根據采集的所述自然人的信息、所述物理機器人數據進行訓練，使自身訓練后成為使數字機器人能夠仿照人的動作時序進行指定任務的規劃的數字大腦；
12、所述操作智能單元用于根據采集的所述自然人的信息、所述物理機器人數據進行訓練，訓練后其能使指定形態的數字機器人泛化執行任務，并形成數字機器人的操作技能庫；
13、所述移動智能單元用于根據采集的所述自然人的動作信息中的行走的步態和軌跡數據、所述物理機器人數據進行訓練，訓練后其能使與數字機器人動作對齊的物理機器人具備最節能和自然的步態。
14、優選的，所述數字模擬模塊還包括數字模擬人，其為自然人的孿生模擬人，用于根據所述自然人的信息將其虛擬形象疊加到物理環境中，執行相應的遙操作動作，并通過所述人機交互模塊中的交互設備顯示給自然人進行觀看。
15、優選的，所述人機交互模塊包括感知子模塊和反饋子模塊，
16、所述感知子模塊用于采用同構感知、異構感知和/或自然感知的方式感知所述自然人的信息，并傳輸至所述預測仿真模塊；
17、所述反饋子模塊用于通過視覺反饋、力覺反饋和/或聽覺反饋的方式將數字機器人和/或物理機器人反饋的狀態信息反饋至自然人。
18、優選的，所述物理機器人包括機器人關節控制模塊和物理機器人機械本體，所述機器人關節控制模塊用于將所述合并后的動作指令序列轉換成力矩或電流信息發送給物理機器人機械本體中的關節電機，以實現物理機器人與物理環境的物理交互。
19、作為本專利技術的另一個方面，還提供了以下技術方案：
20、基于上述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作方法，將自然人的信息輸入至訓練好的決策智能單元，決策智能單元對相應的遙操作任務進行規劃，并將規劃結果輸出至操作智能單元和移動智能單元；
21、操作智能單元從所述技能庫中選定與所述規劃結果相匹配的技能，移動智能單元根據所述規劃結果進行類似于人類行走的數字機器人行走路徑及步態的規劃，數字機器人根據操作智能單元選定的技能和移動智能單元規劃的行走路徑及步態，執行相應的動作，并將動作對齊到物理機器人。
22、作為本專利技術的另一個方面，還提供了以下技術方案：
23、基于上述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集方法，通過人機交互模塊捕獲操作者的全身動作，通過預測仿真模塊驅動數字機器人在虛擬環境中運行，執行操作者的動作，在判斷無安全問題后驅動物理機器人和物理環境交互，物理機器人和數字機器人的狀態通過虛實融合的方式通過人機交互模塊顯示給操作者；在整個過程中通過數據管理模塊采集人機交互模塊、物理機器人和/或數字模擬模塊產生的數據。
24、作為本專利技術的另一個方面，還提供了以下技術方案：
25、基于上述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集方法，自然人通過人機交互模塊和預測仿真模塊感知、控制數字機器人在虛擬環境中運行，執行指定的任務，同時通過數據管理模塊采集數字機器人運行數本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，包括人機交互模塊、被遙操作的物理機器人，以及位于云端且相比人機交互模塊距離物理機器人更近的數字模擬模塊，所述數字模擬模塊包括預測仿真模塊、數字機器人、虛擬環境和數據管理模塊；其中，
2.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數據管理模塊采集的數據包括所述自然人的信息、數字模擬仿真信息、物理機器人數據和/或AI合成數據，所述自然人的信息包括自然人的動作信息、動作時序信息和/或語音信息，所述數字模擬仿真信息包括所述預測仿真模塊產生的數據和所述數字機器人在虛擬場景中運動或訓練所生成的數據；所述物理機器人數據包括物理機器人在被遙操作過程中產生的數據；所述AI合成數據為將所述自然人的信息、所述數字模擬仿真信息和/或所述物理機器人數據用AI合成的數據。
3.如權利要求2所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數字模擬模塊還包括智能增強子模塊，其包括預測訓練單元、決策智能單元、操作智能單元和移動智能單元，其中，
4.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數字模擬模塊還包括數字模擬人，其為自然人的孿生模擬人，用于根據所述自然人的信息將其虛擬形象疊加到物理環境中，執行相應的遙操作動作，并通過所述人機交互模塊中的交互設備顯示給自然人進行觀看。
5.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述人機交互模塊包括感知子模塊和反饋子模塊，
6.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述物理機器人包括機器人關節控制模塊和物理機器人機械本體，所述機器人關節控制模塊用于將所述合并后的動作指令序列轉換成力矩或電流信息發送給物理機器人機械本體中的關節電機，以實現物理機器人與物理環境的物理交互。
7.基于權利要求3所述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作方法，其特征在于，將自然人的信息輸入至訓練好的決策智能單元，決策智能單元對相應的遙操作任務進行規劃，并將規劃結果輸出至操作智能單元和移動智能單元；
8.基于權利要求1-6任一項所述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集方法，其特征在于，通過人機交互模塊捕獲操作者的全身動作，通過預測仿真模塊驅動數字機器人在虛擬環境中運行，執行操作者的動作，在判斷無安全問題后驅動物理機器人和物理環境交互，物理機器人和數字機器人的狀態通過虛實融合的方式通過人機交互模塊顯示給操作者；在整個過程中通過數據管理模塊采集人機交互模塊、物理機器人和/或數字模擬模塊產生的數據。
9.基于權利要求1-6任一項所述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集方法，其特征在于，自然人通過人機交互模塊和預測仿真模塊感知、控制數字機器人在虛擬環境中運行，執行指定的任務，同時通過數據管理模塊采集數字機器人運行數據。
10.基于權利要求4所述系統的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集方法，其特征在于，通過人機交互模塊捕獲操作者的全身動作，通過預測仿真模塊驅動數字機器人在虛擬環境中運行，執行操作者的動作，在判斷無安全問題后驅動物理機器人和物理環境交互；
...【技術特征摘要】
1.一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，包括人機交互模塊、被遙操作的物理機器人，以及位于云端且相比人機交互模塊距離物理機器人更近的數字模擬模塊，所述數字模擬模塊包括預測仿真模塊、數字機器人、虛擬環境和數據管理模塊；其中，
2.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數據管理模塊采集的數據包括所述自然人的信息、數字模擬仿真信息、物理機器人數據和/或ai合成數據，所述自然人的信息包括自然人的動作信息、動作時序信息和/或語音信息，所述數字模擬仿真信息包括所述預測仿真模塊產生的數據和所述數字機器人在虛擬場景中運動或訓練所生成的數據；所述物理機器人數據包括物理機器人在被遙操作過程中產生的數據；所述ai合成數據為將所述自然人的信息、所述數字模擬仿真信息和/或所述物理機器人數據用ai合成的數據。
3.如權利要求2所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數字模擬模塊還包括智能增強子模塊，其包括預測訓練單元、決策智能單元、操作智能單元和移動智能單元，其中，
4.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述數字模擬模塊還包括數字模擬人，其為自然人的孿生模擬人，用于根據所述自然人的信息將其虛擬形象疊加到物理環境中，執行相應的遙操作動作，并通過所述人機交互模塊中的交互設備顯示給自然人進行觀看。
5.如權利要求1所述的一種“人-機-數”三元一體的機器人遙操作與數據采集系統，其特征在于，所述人機交互模塊包括感知子模塊和反饋子模塊，
6.如權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李世其，付樂群，李肖，劉裔斌，竇鈺涵，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發明
國別省市：
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