[發(fā)明專利]基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310193564.7
• 申請(qǐng)日: 2013-05-22
• 公開（公告）號(hào): CN103302668A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱碧玉;黃安杰;李敏;黃丹丹;梁佳琪;宋愛(ài)國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;B25J13/08;G06F17/50
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制系統(tǒng)，包括客戶端和服務(wù)端，客戶端和服務(wù)端通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；其特征在于，所述客戶端包括手控器、控制計(jì)算機(jī)、顯示器，所述控制計(jì)算機(jī)連接手控器和顯示器；所述服務(wù)端包括機(jī)械臂、圖像采集模塊、遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)、機(jī)器人控制箱，所述遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)連接圖像采集模塊和機(jī)器人控制箱；所述機(jī)器人控制箱連接機(jī)械臂；其中，所述圖像采集模塊包括Kinect三維傳感器、工業(yè)攝像頭。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集模塊實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景的重建；所述三維場(chǎng)景的重建包括構(gòu)建本地虛擬機(jī)械臂模型、本地虛擬場(chǎng)景模型、本地虛擬合成界面模型；

所述本地虛擬機(jī)械臂模型構(gòu)建方法是，控制信號(hào)傳遞給遠(yuǎn)程的機(jī)械臂時(shí)存在時(shí)延T1，遠(yuǎn)程的機(jī)械臂在接受到信號(hào)做出動(dòng)作改變了狀態(tài)之后的姿態(tài)信息傳遞回去存在時(shí)延T2；姿態(tài)信息和本地的虛擬模型的狀態(tài)存在T1+T2的時(shí)延的誤差，虛擬出一個(gè)時(shí)延T3=T1+T2進(jìn)行補(bǔ)償，然后兩者的在時(shí)延相等的情況下的數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并加上T3后對(duì)當(dāng)前的虛擬機(jī)械臂進(jìn)行修正，使當(dāng)前的模型更加接近現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械臂；

所述本地虛擬場(chǎng)景構(gòu)建模型方法是，Kinect三維傳感器采集回來(lái)的虛擬圖像傳遞到本地控制計(jì)算機(jī)存在時(shí)延T，虛擬一個(gè)時(shí)延T'=T進(jìn)行補(bǔ)償，然后兩者的在時(shí)延相等的情況下計(jì)算出誤差，并加上T后對(duì)當(dāng)前的虛擬場(chǎng)景模型進(jìn)行修正使當(dāng)前的模型更加接近現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景；

所述本地虛擬合成界面模型的構(gòu)建方法是，把所述本地虛擬機(jī)械臂和所述本地虛擬場(chǎng)景合成并配合模型碰撞的算法構(gòu)造一個(gè)供操作者觀察并判斷的虛擬現(xiàn)實(shí)的畫面。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述對(duì)本地虛擬機(jī)械臂進(jìn)行修正的方法是，對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，獲取末端位置，即采用D-H矩陣的方法，在機(jī)械臂的每個(gè)連桿上都固定一個(gè)坐標(biāo)系，然后用4×4的齊次變換矩陣來(lái)描述相鄰兩連桿的空間關(guān)系。

4.基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制方法，其特征在于，包括如下步驟：操作者在本地端控制手控器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，本地控制計(jì)算機(jī)接收手控器的位姿信息，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)把控制信號(hào)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)；

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)把接收到的信號(hào)進(jìn)行解算，進(jìn)而把控制信號(hào)傳送給機(jī)器人控制箱，機(jī)器人控制箱把信號(hào)傳送給機(jī)械臂使得機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，同時(shí)遠(yuǎn)端的工業(yè)攝像頭和Kinect三維傳感器對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)和機(jī)械臂所在的場(chǎng)景進(jìn)行圖像采集，并進(jìn)行三維場(chǎng)景的重建；

機(jī)械臂也把運(yùn)動(dòng)信息反饋給機(jī)器人控制箱和遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)控制箱對(duì)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行解算傳給遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)；

遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)把接收到的所有信息進(jìn)行壓縮打包并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送回本地控制計(jì)算機(jī)，本地控制計(jì)算機(jī)接收遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的反饋信息，在顯示器上實(shí)現(xiàn)一個(gè)仿真的建模平臺(tái)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制方法，其特征在于，所述三維場(chǎng)景的重建包括本地虛擬機(jī)械臂模型、本地虛擬場(chǎng)景模型、本地虛擬合成界面模型的構(gòu)建；

所述本地虛擬機(jī)械臂模型構(gòu)建方法是，控制信號(hào)傳遞給遠(yuǎn)程的機(jī)械臂時(shí)存在時(shí)延T1，遠(yuǎn)程的機(jī)械臂在接受到信號(hào)做出動(dòng)作改變了狀態(tài)之后的姿態(tài)信息傳遞回去存在時(shí)延T2；姿態(tài)信息和本地的虛擬模型的狀態(tài)存在T1+T2的時(shí)延的誤差，虛擬出一個(gè)時(shí)延T3=T1+T2進(jìn)行補(bǔ)償，然后兩者的在時(shí)延相等的情況下的數(shù)據(jù)計(jì)算出誤差，并加上T3后對(duì)當(dāng)前的虛擬機(jī)械臂進(jìn)行修正，使當(dāng)前的模型更加接近現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)械臂；

所述本地虛擬場(chǎng)景構(gòu)建模型方法是，Kinect三維傳感器采集回來(lái)的虛擬圖像傳遞到本地控制計(jì)算機(jī)存在時(shí)延T，虛擬一個(gè)時(shí)延T'=T進(jìn)行補(bǔ)償，然后兩者的在時(shí)延相等的情況下計(jì)算出誤差，并加上T后對(duì)當(dāng)前的虛擬場(chǎng)景模型進(jìn)行修正使當(dāng)前的模型更加接近現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景；

所述本地虛擬合成界面模型的構(gòu)建方法是，把所述本地虛擬機(jī)械臂和所述本地虛擬場(chǎng)景合成并配合模型碰撞的算法構(gòu)造一個(gè)供操作者觀察并判斷的虛擬現(xiàn)實(shí)的畫面。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Kinect的空間遙操作機(jī)器人的控制方法，其特征在于，所述對(duì)本地虛擬機(jī)械臂進(jìn)行修正的方法是，對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模，獲取末端位置，即采用D-H矩陣的方法，在機(jī)械臂的每個(gè)連桿上都固定一個(gè)坐標(biāo)系，然后用4×4的齊次變換矩陣來(lái)描述相鄰兩連桿的空間關(guān)系。