[发明专利]一种基于增强现实的机器人示教再现方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于增强现实的机器人示教方法及装置。方法包括以下步骤：对体感设备获取的手势位姿进行滤波处理与数据优化；将优化后的数据通过无线网络发送给增强现实设备，驱动AR设备中虚拟机器人再现操作者的示教轨迹；示教者从增强现实设备中观察虚拟机器人的再现轨迹，通过语音调整误差较大的示教点，并修改之前的示教点，重复操作直至所有示教点的误差都在满意的限度内，则示教完成；将最终的示教轨迹转化为驱动真实机器人所需的关节角，控制真实机器人再现操作者的示教路径。本发明的装置包括体感设备、PC机、麦克风、光学透视式增强现实设备、WiFi路由器和机器人。本发明具有对示教者专业要求低，避免损坏作业机器人，重复效率高等优点。

主权项

1.一种基于增强现实的机器人示教再现方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、启动示教模式，体感设备获取手势的位置与姿态；

S2、对S1中获取的手势位姿进行滤波处理与数据优化；

S3、将优化后的数据通过无线网络发送给光学透视式增强现实设备，驱动AR设备中虚拟机器人再现操作者的示教轨迹；

S4、在虚拟机器人再现的过程中，示教者从增强现实设备中观察虚拟机器人的再现轨迹，对于误差大于期望误差的示教点，通过语音指令进行调整，并修改之前的示教点，直至所有示教点的误差都在期望误差范围内，则示教完成；

S5、将最终的示教轨迹转化为驱动真实机器人所需的关节角，发送给机器人控制器，从而让真实作业机器人再现操作者的示教路径。

2.根据权利要求1所述的基于增强现实的机器人示教再现方法，其特征在于，步骤S1中示教者沿着实际工作路径示教一遍工作位姿，体感设备以固定频率采集示教者的手势的位置与姿态数据作为示教点处的位姿；位姿的计算方法为：

示教者右手食指指尖的位置作为示教点的位置，掌心和食指根、无名指根这三个点所形成平面的法向量与参考坐标系即世界坐标系的夹角作为示教点姿态的欧拉角；具体计算过程如下：

世界坐标系为右手螺旋坐标系，x轴水平向右，y轴垂直向上，z轴垂直于纸面向外。设掌心为点A(x₁,y₁,z₁)，食指根为点B(x₂,y₂,z₂)、无名指根为点C(x₃,y₃,z₃)，由不共线的三点形成的平面的法向量为根据法向量与平面内任意向量垂直，则有

展开即得

由式(2)解得法向量

机器人姿态用RPY(Roll，Pitch，Yaw)来表示，绕世界坐标系的z轴的旋转角称为Roll，记为φ_a；绕世界坐标系y轴的旋转角称为Pitch，记为φ_o；绕世界坐标系x轴的旋转角称为Yaw，记为φ_n；由法向量可得其RPY角为

3.根据权利要求1所述的基于增强现实的机器人示教再现方法，其特征在于，步骤S2中，对步骤S1中获取的手势位姿数据进行滤波处理和优化，以获得稳定准确的示教点位姿。具体计算步骤为：

⑴数据滤波

对于Kinect获取的数据，采用自回归滑动平均滤波器进行滤波；自回归滑动平均(ARMA)滤波器是一类线性滤波器，ARMA滤波器的输出是当前值与N个之前输入和M个之前滤波器输出的加权平均：

其中系数a_i和b_i表示第i项滤波器参数，式(4)等号右边第一部分叫做滑动平均(MA)项，是一个低通滤波器允许直流分量通过；第二部分叫做自回归(AR)项；

根据式(4)对采集的位姿数据进行滤波，从而得到光滑稳定的示教轨迹；⑵数据优化

采用递推最小二乘(RLS)算法消除人手肌肉造成的固有抖动。数据优化系统的数学模型为：A(z^‑1)y(k)＝B(z^‑1)u(k)+w(k)，其中

n_a、n_b为数据优化系统模型的阶次，z^‑i为系统z变换的第i项，表示延迟i个时刻，a_i、b_i为待估计参数，y(k)为系统k时刻的输出观测数据，u(k)为系统k时刻的输入采样数据，w(k)为系统k时刻的随机噪声；

定义：由以往时刻的系统输出y(k‑1),...,y(k‑n_a)和系统输入u(k‑1),...,u(k‑n_b)组成的k‐1时刻的观测数据向量φ(k‑1)为

φ(k‑1)＝[y(k‑1),...,y(k‑n_a) u(k‑1),...,u(k‑n_b)]^T，T表示转置

由系统模型待估计参数组成的回归参数向量θ为

下载完整专利技术内容需要扣除积分，VIP会员可以免费下载。 免登录下载普通用户下载升级VIP会员，免费下载

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息，商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于华南理工大学，未经华南理工大学许可，擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作，请联系【客服】

本文链接：http://www.vipzhuanli.com/patent/201711291805.6/，转载请声明来源钻瓜专利网。