[发明专利]基于相似性度量的机械臂仿人运动示教方法

权利要求书

1.基于相似性度量的机械臂仿人运动示教方法，其特征在于，包括以下步骤：

采用运动捕捉系统获取人手臂的肩、肘和腕三个点的空间坐标，基于获得的空间坐标确定人手臂弯曲后的各关节角度；基于预先利用机械臂与人手臂的相似度确定的机械臂肘关节，计算机械臂其余的关节角，实现仿人运动，其中预先确定机械臂肘关节的具体方法包括如下步骤：以机械臂基座为起点，从第一个关节开始至最后一个关节，依次改变关节角度使机械臂关节角与预先确定的人手臂弯曲后的肘关节角一致，并基于每次机械臂改变的关节确定机械臂与人手臂的相似度；使用比较算法计算人手臂和机械臂中全局运动变换矩阵、局部运动变换矩阵和弯曲关节的角之间的差值，然后根据全局运动变换矩阵、局部运动变换矩阵和弯曲关节的角的给定阈值来评估它们的相似性并根据相似性确定机械臂肘关节位置，将相似度最高时对应的被改变的机械臂关节设定为机械臂肘关节。

2.如权利要求1所述的基于相似性度量的机械臂仿人运动示教方法，其特征在于，采用运动捕捉系统获取人的肩、肘和腕三个点的空间坐标，基于获得的空间坐标确定人手臂弯曲后的肘关节角度，计算公式如下：

d(j_a，j_b)＝||j(x_a，y_a，z_a)-j(x_b，y_b，z_b)||

d(j_a，j_b)是关节j_a和关节j_b之间的欧几里得距离；θ_肘为手臂弯曲后的肘关节角度；j(x_a，y_a，z_a)是关节j_a的空间坐标，j(x_b，y_b，z_b)是关节j_b的空间坐标。

3.如权利要求1所述的基于相似性度量的机械臂仿人运动示教方法，其特征在于，预先确定机械臂肘关节的具体方法包括如下步骤：

采集机械臂改变每个关节的关键帧图像，同时采集手肘弯曲至肘关节角度θ_肘时的动作关键帧图像；

将采集的人手臂和多自由度机械臂运动的关键帧图像分别做量化处理：

求人手臂和多自由度机械臂全局运动变换矩阵；

求人手臂和多自由度机械臂局部运动变换矩阵；

计算肢体之间以及多自由度机械臂弯曲关节的角度，通过检查每个帧中肢体之间以及多自由度机械臂弯曲关节的角度的大小来确定关节的方向。

4.如权利要求3所述的基于相似性度量的机械臂仿人运动示教方法，其特征在于，采集机械臂改变每个关节的关键帧图像的方法为：

采用自适应采样，对关键帧进行提取，用K-means聚类算法，求取每组动作的N帧关键帧数；选取角度0为初始帧，肘关节角度θ_肘为结束帧。