[發明專利]一種基于手姿追蹤的協作機器人示教方法

在審

• 申請號: 201811232885.2
• 申請日: 2018-10-22
• 公開（公告）號: CN109483517A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 匡加倫;王云鵬;劉宏業;段文斌;張志濤;洪鷹;肖聚亮
• 申請（專利權）人: 天津揚天科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王麗英

1.一種基于手姿追蹤的協作機器人示教方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、示教準備：

將手姿追蹤傳感器水平放置于試驗臺，使得手姿追蹤傳感器的坐標系的X₁Y₁Z₁軸和機器人的基座標系的Y₀Z₀X₀軸分別平行；

設置機器人運動的速度上限值，同時啟動手姿追蹤傳感器1、計算機以及機器人控制器；手姿追蹤傳感器以及機器人控制器分別通過數據線與計算機相連；

將示教器連接在機器人控制器上，在示教器上將機器人控制調為手動控制模式，通過示教器將控制信號依次傳遞給機器人控制器、機器人伺服驅動器以將機器人的機械臂調至運動的起始位置，在示教器中記錄機器人的初始位姿并輸入機器人回到初始位姿的程序，在示教器上將機器人運動的參考坐標系調為世界坐標系；

步驟二、采集操作員手部運動過程中的平動速度和轉動角速度，具體步驟為：

(a)通過手姿追蹤傳感器采集操作員手部的位置和姿態數據，然后將采集的手部的數據傳輸給計算機，對手部的位置和姿態求微分，得到三自由度的平動速度和三自由度的轉動角速度；

(b)用高通濾波的方法對微分后的三自由度的平動速度和三自由度的轉動角速度進行濾波，當運動速度低于閾值時，計算機給機器人傳送的速度值為0，機器人保持靜止狀態，從而形成六組濾波后數據數列；

(c)數據處理：

第一步，首先判斷每組濾波后數據數列中當前幀的數據相對于前一幀的數據變化是否超過20％時，未超過則當前幀數據可用，若超過則舍去這一組數據，依舊采用前一幀的數據，作為當前幀可用數據；

第二步，將當前幀可用的平動速度和轉動角速度數據和相鄰前四幀的平動速度和轉動角速度數據分別求平均值作為最終的手掌可用數據輸出；

(d)坐標變換：通過手姿與機器人末端的映射，將手掌坐標系下的手掌可用數據經過坐標變換計算得到在機器人的基座標系下的機器人末端運動的速度和角速度；

步驟三、數據傳輸：

(a)確定使手掌運動的速度和角速度和機器人末端運動的速度和角速度合理地實現一一對應的比例系數，將手掌運動的速度和角速度進行放大，然后將放大后的速度和角速度數據作為最終應用的數據存入計算機；

(b)數據通訊：利用計算機的TCP/IP協議將計算機中放大后的速度和角速度數據傳遞給機器人控制器，實現計算機和機器人控制器的通訊；

步驟四、機器人控制：

(a)機器人控制器接收已經放大后的手勢運動數據并傳輸給機器人伺服控制器控制機器人運動，實現人機同步運動；

(b)機器人復位過程：運動結束后，運行機器人控制器復位程序，使得機器人迅速回到起始位置點；

步驟五、機器人運動復現：從計算機中調取步驟三存入的一系列運動速度值，將其再次傳給機器人控制器，重復步驟三和步驟四，實現機器人的重復運動。

2.根據權利要求1所述的基于手姿追蹤的協作機器人示教方法，其特征在于：三自由度的平動速度閾值設定為2mm/s，三自由度的轉動角速度閾值設定為2rad/s。

3.根據權利要求1或者2所述的基于手姿追蹤的協作機器人示教方法，其特征在于：所述的系數為5。