[發(fā)明專利]一種針對(duì)服務(wù)機(jī)器人的高維操作臂遙操作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410279982.2
• 申請(qǐng)日: 2014-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN104057450A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳浩耀;樓云江;李衍杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號(hào): B25J9/16
• 分類號(hào): B25J9/16;G05B19/418
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44248
• 代理人: 張立娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及屬于服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及一種通過(guò)手勢(shì)捕捉系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制服務(wù)機(jī)器人高維度機(jī)械臂抓取復(fù)雜環(huán)境中的物體的控制方法。

背景技術(shù)

伴隨著機(jī)器人技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域，如工業(yè)制造、軍事探險(xiǎn)、以及日益興起的民用服務(wù)行業(yè)等，得到了廣泛的應(yīng)用。如今信息高速發(fā)展，人們的工作生活節(jié)奏加快，非常希望能夠從繁重的家務(wù)中解脫出來(lái)，將更多的時(shí)間花在自己想做的事情上面；另一方面，世界各國(guó)由于家庭形態(tài)和生活方式的改變，造成人口出生率降低，加上醫(yī)療保健科技的不斷進(jìn)步，人類社會(huì)老齡化速度在不斷的加快，未來(lái)人口結(jié)構(gòu)將逐漸變成倒金字塔結(jié)構(gòu)，這個(gè)問題在亞洲地區(qū)尤其是大中華地區(qū)日益凸顯。勞動(dòng)力短缺、老年人照顧、健康維護(hù)等社會(huì)保障和服務(wù)需求的異常緊迫，將促使更多的服務(wù)機(jī)器人尤其是帶有機(jī)械臂的機(jī)器人走入尋常百姓家。

近年來(lái)，掃地、監(jiān)控以及娛樂教育等簡(jiǎn)單機(jī)器人雖然得到了廣泛的應(yīng)用，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求。人們更需要服務(wù)機(jī)器人能夠像人一樣用手臂去抓取環(huán)境中的物體，特別是能夠通過(guò)用戶手的姿勢(shì)直接遠(yuǎn)程控制機(jī)器人完成某種家務(wù)，例如打開冰箱，抓取水杯等等。本發(fā)明正是根據(jù)這種需求提出了一種能夠遠(yuǎn)程控制服務(wù)機(jī)器人機(jī)械臂的方法。目前學(xué)術(shù)期刊或者發(fā)明專利所發(fā)表的服務(wù)機(jī)器人遠(yuǎn)程機(jī)械臂遙控制方法中，主要有兩個(gè)方面的局限性：其一它們針對(duì)的是簡(jiǎn)單環(huán)境(主要指的是障礙物少)下的遠(yuǎn)程機(jī)械臂控制，而實(shí)際應(yīng)用中，環(huán)境中障礙物要多得多，傳統(tǒng)方法無(wú)法保證機(jī)械臂的安全無(wú)碰撞；其二它們?cè)谟脩舳瞬捎冒嘿F的力反饋設(shè)備來(lái)遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，這使得帶有機(jī)械臂的服務(wù)機(jī)器人無(wú)法民用化。本發(fā)明通過(guò)提出一種全新的系統(tǒng)和控制方法，不僅能夠使得機(jī)械臂能夠在復(fù)雜的環(huán)境中順利完成任務(wù)，而且在成本和效果上也能找到很好的平衡。

發(fā)明專利《網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)及時(shí)延克服方法》(公開號(hào)：CN102825603A)。該發(fā)明公開了一種網(wǎng)絡(luò)遙操作機(jī)器人系統(tǒng)以及時(shí)延克服方法，本系統(tǒng)由兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同，功能對(duì)稱的機(jī)械手通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起。操作者對(duì)主機(jī)械手進(jìn)行操作，使主機(jī)械手動(dòng)作，主機(jī)械手通過(guò)力和角位移傳感器以及通信控制環(huán)節(jié)將動(dòng)作信號(hào)傳遞給從機(jī)械手，使其能夠跟隨主機(jī)械手同向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)從機(jī)械手受到環(huán)境影響時(shí)，能夠再原路返回給主機(jī)械手，使主機(jī)械手也同樣感受到環(huán)境的作用，再反饋給操作者。這個(gè)發(fā)明專利著重網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題的解決，但是在未來(lái)高速網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，時(shí)延問題對(duì)于機(jī)器人操作的影響較小，此外該發(fā)明采用了實(shí)際應(yīng)用中并不常見的同構(gòu)主從手系統(tǒng)，因此該發(fā)明的應(yīng)用范圍非常有限。基于成本和操作簡(jiǎn)單化的需要，用戶更希望是由低成本的低自由度操作方法來(lái)控制高維機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

發(fā)明專利《一種遙操作服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)》(公開號(hào)：CN103631221A)。該發(fā)明公開一種遙操作服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)，包括通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)連接的機(jī)器人本體和遠(yuǎn)程操作終端，機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有語(yǔ)音交互模塊、視頻監(jiān)控模塊、狀態(tài)監(jiān)控模塊、任務(wù)管理模塊和任務(wù)操作終端，任務(wù)管理模塊設(shè)于機(jī)器人本體上，任務(wù)操作終端設(shè)于遠(yuǎn)程操作終端上；語(yǔ)音交互模塊包括兩個(gè)語(yǔ)音交互終端，分別設(shè)于機(jī)器人本體上和遠(yuǎn)程操作終端上；視頻監(jiān)控模塊包括設(shè)于機(jī)器人本體上的圖像采集傳輸子模塊和設(shè)于遠(yuǎn)程操作終端上的圖像接收顯示子模塊，狀態(tài)監(jiān)控模塊包括設(shè)于機(jī)器人本體上的狀態(tài)采集發(fā)送子模塊和設(shè)于遠(yuǎn)程操作終端上的狀態(tài)接收顯示子模塊。該發(fā)明只涉及用戶端和機(jī)器人端的信息通信，并不涉及手勢(shì)的識(shí)別和遠(yuǎn)端機(jī)器人機(jī)械臂的控制。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本發(fā)明提供了一種針對(duì)服務(wù)機(jī)器人的高維操作臂遙操作方法，包括手勢(shì)識(shí)別器、沉浸式虛擬3D眼鏡、帶路由器的嵌入式處理器和服務(wù)機(jī)器人；手勢(shì)識(shí)別器，負(fù)責(zé)識(shí)別用戶的手勢(shì)以及獲得手的三維坐標(biāo)，這些信息構(gòu)成了遠(yuǎn)程遙操作的控制輸入，為4自由度控制量；沉浸式虛擬3D眼鏡，負(fù)責(zé)顯示仿真手勢(shì)和服務(wù)機(jī)器人的第一視角信息；嵌入式處理器，負(fù)責(zé)將用戶端的控制輸入傳遞給遠(yuǎn)端的服務(wù)機(jī)器人，并從遠(yuǎn)端傳回服務(wù)機(jī)器人的環(huán)境感知數(shù)據(jù)，處理后生成虛擬人手和自由空間的影像，該影像與雙目影像融合后一并輸入到虛擬3D眼鏡中顯示；遠(yuǎn)端的服務(wù)機(jī)器人為任務(wù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)有高維自由度的機(jī)械臂和服務(wù)機(jī)器人本體，服務(wù)機(jī)器人本體上設(shè)有傳感器，傳感器包括深度傳感器和雙目視覺系統(tǒng)；

機(jī)械臂采用自主運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方法，這一規(guī)劃方法是由遠(yuǎn)端服務(wù)機(jī)器人自主

運(yùn)行，這個(gè)自主規(guī)劃方法是一種基于采樣的路徑規(guī)劃方法，其流程如下：

a、深度傳感器獲得機(jī)器人操作環(huán)境的三維信息并建立環(huán)境三維地圖，然后在該地圖上生成路徑規(guī)劃所需的狀態(tài)空間，包括自由空間、障礙物空間以及控制空間，同時(shí)給出初始位置和目標(biāo)位置；