[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

本發明公開了一種基于手姿追蹤的協作機器人示教方法，包括以下步驟：第一步，設置機器人運動的速度上限值，同時啟動傳感器、計算機程序以及機器人控制器；第二步，手姿數據的接收、處理和傳輸。首先獲取數據，然后進行高通濾波，并進行平均值處理，最后實現數據通訊。第三步，建立手姿與機器人末端的映射，由手掌實時的速度和轉動角速度轉換得到機器人末端運動的速度和角速度；第四步，機器人控制器接收處理后的手勢數據并控制機器人運動，實現機器人和操作員手部的同步協調運動；第五步，機器人運動復現。本發明可實現機器人沿X軸的平動，Y軸的平動，Z軸的平動，繞X軸的轉動，繞Y軸的轉動以及繞Z軸的轉動。

技術領域

本發明涉及到機器人控制領域，尤其涉及人機協作時基于手姿追蹤傳感器手勢識別的機器人示教技術。

背景技術

隨著機器人技術的發展，人機協作、人機交互成為機器人控制技術領域的新課題。

在工業機器人領域，機器人示教技術多是采用手動編程示教，就是操作人員通過示教器，手動控制機器人運動到預定的位置，同時將該位置進行記錄，并傳遞到機器人控制器中，之后根據指令自動重復該任務。這種示教方法適用于對機器人靈活性要求較低的工作，同時示教效率不高。若是遇到像服裝噴涂這種對機械臂靈活性要求較高的工作，手動編程示教顯然難以滿足要求。服裝噴涂過程中，雖然機器人末端精度要求不高，但是靈活性要求非常高。而且要求操作人員多次實驗才能選取最合適的噴涂動作，而手動編程示教在效率上難以滿足要求。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的缺點，提出一種實現更好的人機協作和人機互動的基于手姿追蹤傳感器的協作機器人示教方法。

本發明通過以下技術步驟實現：

一種基于手姿追蹤的協作機器人示教方法，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；