[發(fā)明專利]一種基于時(shí)間-空間特征的機(jī)器人示教軌跡生成方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410769110.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104635714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳啟軍;尹曉川
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/42
• 分類號(hào): G05B19/42
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠(yuǎn)

1.一種基于時(shí)間-空間特征的機(jī)器人示教軌跡生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)通過(guò)操作機(jī)器人，等采樣時(shí)間間隔記錄機(jī)器人末端各個(gè)自由度的示教軌跡，并多次對(duì)同類軌跡進(jìn)行示教；

2)對(duì)多條同種類型軌跡提取其共同的時(shí)間-空間特征，生成軌跡模板；

3)構(gòu)建滿足時(shí)間-空間特征的目標(biāo)方程，并通過(guò)協(xié)變梯度下降法求解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡；

4)將求得的運(yùn)動(dòng)軌跡作為參考軌跡，輸入到機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，機(jī)器人通過(guò)自已控制器進(jìn)行軌跡跟蹤，使得生成的軌跡和參考軌跡相一致。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于時(shí)間-空間特征的機(jī)器人示教軌跡生成方法，其特征在于，所述的生成軌跡模板具體為：

21)通過(guò)公式(1)，生成M條示教軌跡的模板；

其中X為示教軌跡，V為空間規(guī)整的矩陣，當(dāng)V的維數(shù)小于X的維數(shù)時(shí)，表示將多維軌跡進(jìn)行降維，W為時(shí)間規(guī)整矩陣，負(fù)責(zé)將軌跡進(jìn)行拉伸和縮短，同時(shí)保證軌跡的時(shí)間上的單調(diào)性，φ(V_i)和ψ(W_i)分別為空間和時(shí)間的正則化項(xiàng)，用來(lái)衡量M條軌跡兩兩之間所提取特征差異的和，||·||_F代表Frobenius范數(shù)；

通過(guò)求解上述方程，對(duì)于每條軌跡X可以求得與其對(duì)應(yīng)的V和W；

K=1MΣi=1MViTXiWi---(2)]]>

通過(guò)求得M條示教軌跡的算術(shù)平均值，得到軌跡模板K。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于時(shí)間-空間特征的機(jī)器人示教軌跡生成方法，其特征在于，所述的構(gòu)建滿足時(shí)間-空間特征的目標(biāo)方程，并通過(guò)協(xié)變梯度下降法求解機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡具體為：

31)構(gòu)建滿足時(shí)間-空間特征的目標(biāo)方程如下：

其中V_ξ為空間規(guī)整矩陣、X_ξ為軌跡矩陣、W_ξ為時(shí)間規(guī)整矩陣、用來(lái)比較所生成軌跡的時(shí)間空間特征與特征模板K的大小；

V_ξ通過(guò)計(jì)算X_ξW_ξ和K的Pearson相關(guān)系數(shù)ρ最大得到

VξT=(VbT)-1VaT---(5)]]>

其中V_a表示為X_ξW_ξ具有最大相關(guān)系數(shù)的典型變量矩陣，V_b表示為K具有最大相關(guān)系數(shù)的典型變量矩陣；

32)根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用，需要對(duì)初始和結(jié)束狀態(tài)、軌跡的光滑性、環(huán)境的避障以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束建立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)如下所示

其中代表軌跡的初始、終點(diǎn)狀態(tài)約束和光滑約束，表示障礙物約束，a、b和c分別代表了各個(gè)約束的系數(shù)，通過(guò)采用協(xié)變梯度下降法求解目標(biāo)方程，所得到的軌跡X_ξ既能滿足任務(wù)需要，又能保存原本的時(shí)間-空間特征。