[发明专利]一种基于时间-空间特征的机器人示教轨迹生成方法

权利要求书

1.一种基于时间-空间特征的机器人示教轨迹生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过操作机器人，等采样时间间隔记录机器人末端各个自由度的示教轨迹，并多次对同类轨迹进行示教；

2)对多条同种类型轨迹提取其共同的时间-空间特征，生成轨迹模板；

3)构建满足时间-空间特征的目标方程，并通过协变梯度下降法求解机器人运动轨迹；

4)将求得的运动轨迹作为参考轨迹，输入到机器人的执行机构，机器人通过自已控制器进行轨迹跟踪，使得生成的轨迹和参考轨迹相一致。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间-空间特征的机器人示教轨迹生成方法，其特征在于，所述的生成轨迹模板具体为：

21)通过公式(1)，生成M条示教轨迹的模板；

其中X为示教轨迹，V为空间规整的矩阵，当V的维数小于X的维数时，表示将多维轨迹进行降维，W为时间规整矩阵，负责将轨迹进行拉伸和缩短，同时保证轨迹的时间上的单调性，φ(V_i)和ψ(W_i)分别为空间和时间的正则化项，用来衡量M条轨迹两两之间所提取特征差异的和，||·||_F代表Frobenius范数；

通过求解上述方程，对于每条轨迹X可以求得与其对应的V和W；

K=1MΣi=1MViTXiWi---(2)]]>

通过求得M条示教轨迹的算术平均值，得到轨迹模板K。

3.根据权利要求2所述的一种基于时间-空间特征的机器人示教轨迹生成方法，其特征在于，所述的构建满足时间-空间特征的目标方程，并通过协变梯度下降法求解机器人运动轨迹具体为：

31)构建满足时间-空间特征的目标方程如下：

其中V_ξ为空间规整矩阵、X_ξ为轨迹矩阵、W_ξ为时间规整矩阵、用来比较所生成轨迹的时间空间特征与特征模板K的大小；

V_ξ通过计算X_ξW_ξ和K的Pearson相关系数ρ最大得到

VξT=(VbT)-1VaT---(5)]]>

其中V_a表示为X_ξW_ξ具有最大相关系数的典型变量矩阵，V_b表示为K具有最大相关系数的典型变量矩阵；

32)根据实际的应用，需要对初始和结束状态、轨迹的光滑性、环境的避障以及机器人的运动学约束建立相应的目标函数如下所示

其中代表轨迹的初始、终点状态约束和光滑约束，表示障碍物约束，a、b和c分别代表了各个约束的系数，通过采用协变梯度下降法求解目标方程，所得到的轨迹X_ξ既能满足任务需要，又能保存原本的时间-空间特征。