[發明專利]一種基于增強現實的機器人示教再現方法及裝置

有效

• 申請號: 201711291805.6
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108161882B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張平;陳偕權;杜廣龍;陳曉丹;李方;陳明軒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種基于增強現實的機器人示教再現方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、啟動示教模式，體感設備Kinect獲取手勢的位置與姿態；

S2、對S1中獲取的手勢位姿進行濾波處理與數據優化；具體包括：

對步驟S1中獲取的手勢位姿數據進行濾波處理和優化，以獲得穩定準確的示教點位姿；具體計算步驟為：

⑴數據濾波

對于Kinect獲取的數據，采用自回歸滑動平均濾波器進行濾波；自回歸滑動平均濾波器是一類線性濾波器，自回歸滑動平均濾波器的輸出是當前值與N個之前輸入和M個之前濾波器輸出的加權平均：

其中系數a_i和b_i表示第i項濾波器參數，式(4)等號右邊第一部分叫做滑動平均項，是一個低通濾波器，允許直流分量通過；第二部分叫做自回歸項；

根據式(4)對采集的位姿數據進行濾波，從而得到光滑穩定的示教軌跡；

⑵數據優化

采用遞推最小二乘算法消除人手肌肉造成的固有抖動；數據優化系統的數學模型為：A(z^-1)y(k)＝B(z^-1)u(k)+w(k)，其中

n_a、n_b為數據優化系統模型的階次，z^-i為系統z變換的第i項，表示延遲i個時刻，a_i、b_i為待估計參數，y(k)為系統k時刻的輸出觀測數據，u(k)為系統k時刻的輸入采樣數據，w(k)為系統k時刻的隨機噪聲；

定義：由以往時刻的輸出觀測數據y(k-1),...,y(k-n_a)和輸入采樣數據u(k-1),...,u(k-n_b)組成的k-1時刻的觀測數據向量φ(k-1)為

φ(k-1)＝[y(k-1),...,y(k-n_a)u(k-1),...,u(k-n_b)]^T，T表示轉置

由數學模型待估計參數組成的回歸參數向量θ為

表示k時刻θ的估計值，其遞推計算式為

K(k)為k時刻誤差增益，其計算式為

Ρ(k)為k時刻方差更新矩陣，其計算式為

Ρ(k)＝[I-K(k)φ^T(k-1)]Ρ(k-1) (8)

則遞推最小二乘算法基本計算步驟如下：

①確定多項式A(z^-1)和B(z^-1)的階次n_a，n_b；

②設定遞推參數初值Ρ(0)；

③采樣獲取新的y(k)和u(k)，并組成觀測數據向量φ(k-1)；

④用式(6)～(8)所示的遞推最小二乘算法計算當前參數遞推估計值

⑤采樣次數k加1，然后回到第③步繼續循環，直到滿足以下的停止準則：

式中為參數向量θ的第i個元素在第N+1次的遞推計算結果，ε_RLS為給定的表示精度要求的一個正數；

S3、將優化后的數據通過無線網絡發送給光學透視式增強現實設備，驅動光學透視式增強現實設備中虛擬機器人再現操作者的示教軌跡；

S4、在虛擬機器人再現的過程中，示教者從光學透視式增強現實設備中觀察虛擬機器人的再現軌跡，對于誤差大于期望誤差的示教點，通過語音指令進行調整，并修改之前的示教點，直至所有示教點的誤差都在期望誤差范圍內，則示教完成；

S5、將最終的示教軌跡轉化為驅動真實作業機器人所需的關節角，發送給機器人控制器，從而讓真實作業機器人再現操作者的示教路徑。