(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211143209.4 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 南京邮电大 学 地址 210023 江苏省南京市栖霞区文苑路9 号 (72)发明人 陈盛　涂中　徐国政　金船航　 高翔　 (74)专利代理 机构 南京纵横知识产权代理有限 公司 32224 专利代理师 董建林 (51)Int.Cl. B25J 9/16(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 基于异构体映射的串联机器人人机示教控 制方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于异构体映射的串联 机器人人机示教控制方法及装置， 其方法包括： 获取示教者示教动作的示教信息； 通过改进K ‑ means算法获取示教信息的关键帧序列； 基于示 教信息的关键帧序列通过预构建的空间映射将 每个关键帧对应的人体关节点三维坐标转换为 人体重构关节 点三维坐标； 通过齐次坐标变换将 每个人体重构关节点三维坐标转换为串联机器 人坐标系下的三维坐标； 将每个串联机器人坐标 系下的三维坐标作为串联机器人的机器重构关 节点三维坐标点的目标点； 基于每个目标点通过 并行CCD控制方法控制串联机器人完成示教动 作； 本发明能够有效改善机器人示教运动的通用 性和简洁性， 为进一步推广机器人的普及应用提 供了有力的手段。 权利要求书6页 说明书16页 附图4页 CN 115476360 A 2022.12.16 CN 115476360 A 1.一种基于异构体映射的串联机器人 人机示教控制方法， 其特 征在于， 包括： 获取示教者示教动作的示教信息， 所述示教信息包括每帧的帧数据， 所述帧数据包括 时刻以及人体关节点 三维坐标； 通过改进K ‑means算法获取示教信息的关键帧序列； 基于示教信息的关键帧序列通过预构建的空间映射将每个关键帧对应的人体关节点 三维坐标转换为人体重构关节点 三维坐标； 通过齐次坐标变换将每个人体重构关节点三维坐标转换为串联机器人坐标系下的三 维坐标； 将每个串联机器人坐标系下的三维坐标作为串联机器人的机器重构关节点三维坐标 点的目标点； 基于每个目标点 通过并行C CD控制方法控制串联机器人完成示教动作。 2.根据权利要求1所述的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其特 征在于， 所述 通过改进K ‑means算法获取示教信息的关键帧序列包括： 运用聚类评价指标肘部法确定K值； 从示教信息中随机均匀选取 K个帧作为聚类质心； 根据聚类质心对示教信息的每帧进行聚类获取 K个聚类簇以及相应的聚类质心； 将聚类簇的每帧与其聚类质心根据帧数据的人体关节点三维坐标生成的向量计算欧 几里得距离， 并选取欧几里 得距离最小对应的帧作为聚类簇的关键帧； 将每个聚类簇的关键帧根据帧数据的时刻从前到后进行排序， 获取示教信 息的关键帧 序列。 3.根据权利要求2所示的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其特 征在于， 所述 运用聚类评价指标肘部法确定K值包括： 令K＝2； 从示教信息中随机均匀选取 K个帧作为聚类质心； 根据聚类质心对示教信息的每帧进行聚类获取 K个聚类簇以及相应的聚类质心； 将聚类簇的每帧与其聚类质心根据帧数据的人体关节点三维坐标生成的向量计算欧 几里得距离， 并对欧几里 得距离进行求和； 令K＝K+1， 并重复上述步骤进行迭代， 若当前迭代次数相比上一次迭代次数的求和结 果突然变小， 则将当前迭代次数对应的K值作为结果输出。 4.根据权利要求2或3所述的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其 特征在于， 所述根据聚类质心对示教信息的每 帧进行聚类获取K个聚类簇以及相应的聚类 质心包括： 将示教信息的每帧与聚类质心根据帧数据的人体关节点三维坐标生成的向量计算欧 几里得距离； 将示教信息的每帧分配至欧几里 得距离最小的聚类质心生成K个聚类簇； 更新K个聚类簇的聚类质心ok： 权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115476360 A 2式中， ok为第k个聚类质心， k＝1,2, …,K； N为示教信息的帧数， n＝1,2, …,N； tnk为第n 帧是否属于聚类质心ok， 若是， 则tnk＝1， 若否， 则tnk＝0； framn为第n帧的帧数据的人体 关节 点三维坐标生成的向量； 重复上述步骤进行迭代， 直至当前迭代次数的聚类质心与上一个迭代次数的聚类质心 相等或差值小于预设阈值， 输出最终K个聚类簇以及相应的聚类质心。 5.根据权利要求1所示的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其特 征在于， 所述空间映射的构建包括： 初始化重构关节点矩阵， 基于重构关节点矩阵对示教者和串联机器人的各个自由度进 行重构获取重构关节点对； 基于重构关节点对进行示教者和串联机器人的相似性测试， 获取相似性测度； 调整重构关节点矩阵， 将调整的重构关节点矩阵返回初始化的重构关节点矩阵进行迭 代； 取相似性测度最大对应的重构关节点对作为空间映射。 6.根据权利要求5所示的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其特 征在于， 所述初始化重构关节点矩阵 为： 式中， X为运动体， 若X＝B， 则运动体为示教者， 若X＝I， 则运动体为串联机器人； 为运 动体第i个运动关节点的重构关节点矩阵， QX为运动体的自由度数量， SX为运动体第i个 运动 关节点的自由度数量， 所述重构关节点矩阵的每行仅有1个元素1， 剩余为元素0； 所述调整重构关节点矩阵为 调整元素1的位置； 所述获取重构关节点对 为： 式中， 为运动体第i个运动关节点在第 t时刻的重构关节点； SX(t)为运动体在第 t 时刻的自由度的状态向量SX(t)： 式中， 为运动体在第t时刻的第m个自由度的状态， m＝1,2, …,QX， T为转置。 7.根据权利要求1所示的一种基于异构体映射的串联机器人人机示教控制方法， 其特 征在于， 所述基于重构关节点对进行示教者和串联机器人 的相似性测试， 获取相似性测度 包括： 通过运动体进行测试动作并获取测试信息， 所述测试信息包括每帧的帧数据， 所述帧权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115476360 A 3