实时将大模型的解决方案转换为随机应变的机器人指令
本文提出了一种实时自然语言到机器人动作的转换技术,通过大模型分析环境并生成解决方案,再由动态动作解析器转换为机器人指令。系统包含自然语言理解、语义解析和指令序列生成三个核心模块,可将"绕过去"、"跨过去"等自然语言命令转化为具体控制指令,并集成了安全约束和实时监控功能。该技术能处理突发障碍、复杂场景等未知情况,实现机器人的自适应导航和实时应变能力。
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1. 自然语言到机器人动作的实时转换技术
python
class DynamicActionTranslator:
def __init__(self):
self.primitive_actions = {
# 基础动作库
"move": self._parse_move_action,
"grasp": self._parse_grasp_action,
"step": self._parse_step_action,
"avoid": self._parse_avoid_action,
"lift": self._parse_lift_action,
"push": self._parse_push_action
}
async def translate_llm_solution(self, llm_natural_language: str) -> List[RobotCommand]:
"""将大模型的自然语言解决方案实时转换为机器人指令"""
# 1. 动作提取和解析
action_sequence = self._extract_actions(llm_natural_language)
# 2. 生成具体指令序列
robot_commands = []
for action in action_sequence:
if action["type"] in self.primitive_actions:
commands = await self.primitive_actions[action["type"]](action)
robot_commands.extend(commands)
return robot_commands
def _extract_actions(self, natural_language: str) -> List[dict]:
"""从自然语言中提取结构化动作序列"""
# 使用大模型进行动作解析(可以调用同一个或专门的解析模型)
prompt = f"""
将以下机器人操作描述解析为结构化动作序列:
「{natural_language}」
输出格式:
[
{{"type": "move", "parameters": {{"direction": "forward", "distance": 1.0}}}},
{{"type": "grasp", "parameters": {{"object": "box", "grip_force": 0.5}}}}
]
"""
# 调用大模型进行解析
structured_output = self._call_llm_for_parsing(prompt)
return self._validate_actions(structured_output)
2. 实时解决方案生成流程
python
class RealTimeSolutionExecutor:
def __init__(self):
self.translator = DynamicActionTranslator()
self.llm_client = LLMClient()
self.robot_controller = RobotController()
async def handle_unknown_situation(self, sensor_data: dict) -> None:
"""处理未知情况的完整流程"""
# 1. 大模型实时分析并生成解决方案
llm_solution = await self._get_llm_solution(sensor_data)
print(f"大模型解决方案: {llm_solution}")
# 2. 实时转换为机器人指令
robot_commands = await self.translator.translate_llm_solution(llm_solution)
# 3. 安全验证和执行
await self._execute_with_safety_check(robot_commands)
async def _get_llm_solution(self, sensor_data: dict) -> str:
"""让大模型根据当前情况生成解决方案"""
prompt = self._build_situation_prompt(sensor_data)
response = await self.llm_client.generate(prompt)
return response
def _build_situation_prompt(self, sensor_data: dict) -> str:
"""构建给大模型的场景描述提示词"""
return f"""
你是一个机器人控制专家。机器人遇到了以下情况:
环境信息:
- 前方障碍物类型:{sensor_data['obstacle_type']}
- 障碍物尺寸:{sensor_data['obstacle_size']}
- 机器人能力:移动、抓取、跨越、避障
- 目标位置:前方{sensor_data['target_distance']}米处
请给出具体的操作步骤,让机器人能够应对这个情况。描述要具体,比如:
"先向左移动0.5米绕开障碍物,然后向前移动2米"
"用机械手抓住箱子并向右侧移动1米"
"抬起前腿跨过障碍物,步高约15厘米"
当前情况:{sensor_data['situation_description']}
你的解决方案:
"""
3. 具体动作解析器实现
python
class ActionParser:
async def _parse_move_action(self, action: dict) -> List[RobotCommand]:
"""解析移动类动作"""
params = action["parameters"]
commands = []
if "direction" in params:
# 解析方向移动
if params["direction"] == "left":
commands.append(RobotCommand("rotate", {"angle": 90}))
elif params["direction"] == "right":
commands.append(RobotCommand("rotate", {"angle": -90}))
# 解析距离
distance = params.get("distance", 1.0)
commands.append(RobotCommand("move_forward", {"distance": distance}))
return commands
async def _parse_grasp_action(self, action: dict) -> List[RobotCommand]:
"""解析抓取动作"""
params = action["parameters"]
return [
RobotCommand("approach_object", {"object_type": params["object"]}),
RobotCommand("open_gripper", {}),
RobotCommand("move_to_grasp_position", {}),
RobotCommand("close_gripper", {"force": params.get("grip_force", 0.5)})
]
async def _parse_step_action(self, action: dict) -> List[RobotCommand]:
"""解析跨越动作"""
params = action["parameters"]
return [
RobotCommand("lift_leg", {"height": params.get("step_height", 0.2)}),
RobotCommand("move_leg_forward", {"distance": params.get("step_length", 0.6)}),
RobotCommand("lower_leg", {}),
RobotCommand("shift_weight", {})
]
4. 完整实时应变系统
python
class AdaptiveRobotSystem:
def __init__(self):
self.executor = RealTimeSolutionExecutor()
self.sensor_processor = SensorProcessor()
async def run_adaptive_navigation(self):
"""运行自适应导航"""
while True:
# 1. 感知环境
sensor_data = await self.sensor_processor.get_latest_data()
# 2. 检测是否需要特殊处理
if self._needs_special_handling(sensor_data):
# 3. 实时调用大模型生成解决方案并执行
await self.executor.handle_unknown_situation(sensor_data)
else:
# 正常导航
await self._normal_navigation()
await asyncio.sleep(0.1) # 控制循环频率
def _needs_special_handling(self, sensor_data: dict) -> bool:
"""判断是否需要大模型介入处理"""
return (
sensor_data.get('unexpected_obstacle', False) or
sensor_data.get('complex_situation', False) or
sensor_data.get('navigation_failed', False)
)
# 使用示例
async def main():
robot = AdaptiveRobotSystem()
# 模拟遇到未知障碍物
sensor_data = {
'obstacle_type': '可移动的纸箱',
'obstacle_size': '30x30x40cm',
'target_distance': 5.0,
'situation_description': '前方有一个中等大小的纸箱挡住了去路,纸箱看起来不重',
'unexpected_obstacle': True
}
await robot.executor.handle_unknown_situation(sensor_data)
5. 技术核心要点
这种实时应变技术的核心是:
-
自然语言理解:解析大模型输出的自由文本
-
动作语义解析:将"绕过去"、"跨过去"等语义转换为具体动作
-
指令序列生成:生成时间有序的机器人控制指令
-
安全约束集成:确保生成的动作在物理限制内
-
实时执行监控:在执行过程中持续监控和调整
6. 实际应用场景
python
# 大模型可能输出的解决方案示例
llm_solutions = [
"先向右移动0.8米绕过树木,然后继续向前走3米",
"用机械手轻轻推开箱子到左侧,注意保持平衡",
"抬起前腿跨过这个矮栏杆,步高约20厘米",
"慢慢后退1米,然后向左转45度从侧面通过"
]
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