[發(fā)明專利]基于光學動作捕捉的示教機器人數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910066936.7
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109848964B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 禹鑫燚;徐佗成;柏繼華;歐林林;陸文祥
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

一種基于光學動作捕捉的示教機器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，模塊主要劃分為標定模塊、交換機通信模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、監(jiān)控模塊以及示教機器人模塊。數(shù)據(jù)處理模塊通過交換機模塊向標定模塊發(fā)送采集命令，來獲取示教動作數(shù)據(jù)，示教動作數(shù)據(jù)為標定模塊中采集到的作業(yè)工具在示教動作過程中的位姿，通過數(shù)據(jù)處理模塊獲取作業(yè)工具的位姿并進行坐標變換和生成機器人可以執(zhí)行的運動指令，將此指令通過WiFi發(fā)送到機器人模塊，監(jiān)控模塊向各個模塊分發(fā)控制命令并監(jiān)視整個系統(tǒng)，以使示教機器人完成與示教動作相同的動作從而實現(xiàn)示教。系統(tǒng)采用光學動作捕捉系統(tǒng)進行實時采集，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有良好的遠程控制性能，采集到的數(shù)據(jù)具有高精度，示教具有穩(wěn)定性。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種基于光學動作捕捉的示教機器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是一種通過捕捉光學動作數(shù)據(jù)，實時控制六自由度機器人的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)

為了使機器人產(chǎn)生特定軌跡的運動,通常做法是采用一種操作設備，由示教人員對該操作設備進行手動操作，使機器人按照所指定的動作運動，同時，將機器人的位置路徑、機械手停止位置角度及高度等一系列信息記錄于控制器中，最后基于所記錄的數(shù)據(jù)生成機器人的動作程序。在利用操作設備對機器人進行示教時，傳統(tǒng)的示教方法需要將動作分解為多個靜態(tài)動作，然后根據(jù)各靜態(tài)動作的位置、高度和角度信息來確定機器人的動作信息，這樣做不僅工作量大，而且由于分解動作精度的限制，并不能充分反映示教人員手臂末端自由運動的信息，示教相對稍復雜的動作，示教完成較困難，使機器人示教受到一些示教動作或者其它外部條件的限制；例如，在示教機器人使用打磨機打磨工件的動作時，由于在打磨過程中需要不斷調(diào)整打磨片的角度，如果利用傳統(tǒng)的示教方法，很難將這些動作精確分解并確定動作的各種信息，無法精確的完成示教任務。

基于光學動作捕捉的示教機器人采集器系統(tǒng)，張濤、楊新、任為提出了一種機器人示教方法、裝置及系統(tǒng)(張濤，楊新，任為.一種機器人示教方法、裝置及系統(tǒng):中國，106182003[P]，2016-12-07)，使用的是利用慣性測量單元IMU采集示教動作過程中數(shù)據(jù)，雖然提高了精確度和效率，但IMU易受到各種有干擾因素，尤其是位置誤差，從而影響到系統(tǒng)的精度。于建均、徐驄馳、阮曉鋼等提出具有模仿學習機制的手把手示教機器人系統(tǒng)及方法(于建均，徐驄馳，阮曉鋼等.具有模仿學習機制的手把手示教機器人系統(tǒng)及方法:中國，104924313[P].2015-09-23),使用搭載在機器人上的動作檢測裝置采集各連桿的狀態(tài)信息，將信息應用到模仿學習算法，指導機器人系統(tǒng)模仿學習示教行為，但是操作過程復雜，使用的學習算法性能不太高，用戶操作繁瑣不便。郭顏京天等提出一種工業(yè)機器人示教系統(tǒng)和方法(郭顏京天，程凡宇，劉昊.一種工業(yè)機器人示教系統(tǒng)和方法:中國，108214495[P].2018.06.29)，該系統(tǒng)采用基于紅外激光掃描定位的手持定位器來獲取空間數(shù)據(jù)，并將空間數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理服務器。但是基于光學動作捕捉相比，得到的數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)定，紅外激光掃描距離不夠遠。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于光學動作捕捉的示教機器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其通過實時在線捕捉光學動作數(shù)據(jù)，從而能夠大幅提高識別范圍和識別精度，提高示教效率和效果。

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

基于光學動作捕捉的示教機器人數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于：數(shù)據(jù)處理模塊通過交換機通信模塊對標定模塊發(fā)送采集命令，由監(jiān)控模塊監(jiān)控各個模塊，實現(xiàn)示教機器人運動控制數(shù)據(jù)的實時在線采集，具體包括：

標定模塊，標定模塊包括光學動作捕捉系統(tǒng)、作業(yè)工具和示教機器人，標定模塊中光學動作捕捉系統(tǒng)通過電纜線與交換機通信模塊相連接，光學動作捕捉系統(tǒng)中攝像頭接收到通過交換機通信模塊中傳輸來的數(shù)據(jù)采集命令，在光學動作捕捉系統(tǒng)中開始對作業(yè)工具進行光學動作捕捉，同時通過交換機通信模塊傳輸采集到的作業(yè)工具的運動軌跡數(shù)據(jù)；由于作業(yè)工具是基于光學動作捕捉系統(tǒng)坐標系，而機器人是處于世界坐標系下，因此需要將機器人置于光學動作捕捉系統(tǒng)中進行標定后保存機器人在光學動作捕捉系統(tǒng)坐標系中的相對位置，使得光學動作捕捉系統(tǒng)中可識別出機器人并對其進行操作，坐標變換過程如下：