【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機器人力覺感知，具體涉及一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法。
技術介紹
1、隨著機器人技術的發展，機器人的應用場景愈發復雜。在災難救援、管道維護和荒野探索等任務中，擁有獨特的機動性和靈活性的無腿機器人成為執行任務的最佳選擇。得益于無腿機器人多樣化的運動模式，它能夠在不同的地形上維持高效的移動。以災后救援為例，蠕動模式保障無腿機器人在廢墟和碎石中穿梭，蛇形爬行可以使它在開闊和穩定地面上最大化移動速度。因此，如何識別地形對于充分發揮無腿機器人的運動能力來說至關重要。
2、通過集成各種傳感器，機器人可以通過視覺、聽覺或觸覺反饋來感知其直接環境。目前，計算機視覺是環境感知最迅速發展且最普遍的方法，然而，視覺系統主要提取關于環境的幾何信息，包括紋理、深度或顏色特征，這可能導致在照明不足的地下管道或充滿視覺障礙的廢墟等環境中出現認知偏差。相比之下，利用觸覺識別環境則不存在類似問題。
3、在獲得力覺反饋之后，如何處理高維的時變的接觸信號，是使機器人理解、分析并預測接觸環境的關鍵步驟。由于機器人與環境之間的接觸行為復雜，難以通過第一性原理準確地描述力學特征，因此通過機器學習方法進行數據驅動建模成為了首選方案。但是，大部分數據驅動建模方法依賴于具有隱藏內部邏輯的“黑盒”模型。這樣的模型僅提供輸入輸出映射，缺乏可解釋性，無法判斷接觸環境的本質特征，在陌生環境中容易失效。因此，提出一種具備物理可解釋性的環境接觸作用建模方法對機器人的力覺感知很有必要。
技術實現思路p>
1、本專利技術的目的在于提供一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法。本專利技術提出元件網絡，用于建立機器人與環境之間的可解釋性接觸模型。
2、本專利技術提出的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，使用機器人的運動信息作為輸入，對環境接觸作用的預測力作為輸出，通過訓練元件網絡，使其預測力擬合真實的接觸力。當擬合精度達到特定值時，元件網絡的模型可視作機器人與環境之間的接觸作用模型；具體步驟如下：
3、（1）初始化元件網絡的結構，確定元件網絡中的輸入為機器人的運動速度，輸出為運動過程中產生的接觸力；所述元件網絡為將需要的元件通過并聯形成元件層，將若干個元件層經過串聯形成元件組，再將各元件組經過并聯形成網絡；
4、（2）確定元件網絡的參數邊界，隨機初始化各元件的取值，使用基于差分化的啟發式優化方法對元件參數進行訓練；
5、（3）根據最優元件參數進行網絡結構訓練，在元件組、元件層和元件三個層次下，刪除對元件網絡預測力貢獻小于閾值的單元，隨后融合同質元件，保證元件網絡結構的簡潔性，并通過隨機喚醒機制重激活部分元件，避免誤刪重要元件；
6、（4）重復步驟（2）和步驟（3），直至元件網絡結構收斂，導出網絡結構及網絡中各元件的最優參數，作為機器人在該環境下運動的接觸模型。
7、本專利技術中，步驟（1）中所述需要的元件為彈簧元件、阻尼元件或滑塊元件中任一種或幾種。
8、本專利技術中，步驟（4）中所述各元件的最優參數具體為彈簧元件的剛度參數、阻尼元件的粘性摩擦系數或滑塊元件的干摩擦系數中任一種或幾種。
9、本專利技術的有益效果在于：
10、1.相較于第一性原理建模，元件網絡具備更高的精度，可以描述接觸作用中復雜的非線性現象。
11、2.通過引入可解釋性，接觸模型可以表征環境的特征，從而指導機器人的結構或運動模態設計。
12、3.不同接觸環境之間的共性或差異可通過元件網絡模型體現，從而在陌生環境中，機器人依然能夠根據接觸模型切換合適的模式。
13、4.本專利技術方法僅需力傳感器，運動信息可通過機器人的上位機或額外設置位移傳感器獲取，所需傳感器少，實現簡單。
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1.一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：使用機器人的運動信息作為輸入，對環境接觸作用的預測力作為輸出，通過訓練元件網絡，使其預測力擬合真實的接觸力。當擬合精度達到特定值時，元件網絡的模型可視作機器人與環境之間的接觸作用模型；具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：步驟（1）中所述需要的元件為彈簧元件、阻尼元件或滑塊元件中任一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：步驟（4）中所述各元件的最優參數具體為彈簧元件的剛度參數、阻尼元件的粘性摩擦系數或滑塊元件的干摩擦系數中任一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：步驟（2）中基于差分進化的啟發式優化方法，通過種群和個體之間的交叉變異來優化參數，并自適應的調整超參數；具體來說，種群中的個體以及超參數首先被隨機初始化，隨后根據初始化的結果進行個體參數以及種群的更新；每次種群更新結束后，根據種群大小判斷是否滿足優化終止條
...【技術特征摘要】
1.一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：使用機器人的運動信息作為輸入，對環境接觸作用的預測力作為輸出，通過訓練元件網絡，使其預測力擬合真實的接觸力。當擬合精度達到特定值時，元件網絡的模型可視作機器人與環境之間的接觸作用模型；具體步驟如下：
2.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：步驟（1）中所述需要的元件為彈簧元件、阻尼元件或滑塊元件中任一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸作用建模的元件網絡建模方法，其特征在于：步驟（4）中所述各元件的最優參數具體為彈簧元件的剛度參數、阻尼元件的粘性摩擦系數或滑塊元件的干摩擦系數中任一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的一種機器人環境接觸...
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