[發明專利]一種機械臂手持通用示教系統及其操作方法

在審

• 申請號: 202010742659.X
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111843997A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 李龍;曾洪涌;田應仲
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種機械臂手持通用示教系統，其特征在于：包括手持交互示教器(1)、深度相機Kinect(2)、ROS上位機(3)和機械臂(4)，所述手持交互示教器(1)與用戶直接交互可識別自身姿態并進行手動控制；所述深度相機Kinect(2)可識別用戶兩手腕的空間位置；所述手持交互示教器(1)與所述深度相機Kinect(2)采集的數據經過所述ROS上位機(3)進行分析，完成所述機械臂(4)的運動學分析與路徑規劃；所述ROS上位機(3)與所述機械臂(4)通過以太網連接，所述ROS上位機(3)的計算結果控制機械臂(4)按照規劃好的路徑運動；用戶通過所述手持交互示教器(1)與所述深度相機Kinect(2)分別控制機械臂(4)的姿態和位移，使機械臂(4)末端快速進入相應示教點。

2.根據權利要求1所述機械臂手持通用示教系統，其特征在于：所述手持交互示教器(1)包括一個主控制器(1-4)和與其相連的手動操控模塊(1-6)，所述手動操控模塊(1-6)包括位姿控制單元(1-6-1)、姿態跟蹤鍵(1-6-2)、位置捕獲鍵(1-6-3)、數據記錄鍵(1-6-4)、姿態校準鍵(1-6-5)。

3.根據權利要求2所述機械臂手持通用示教系統，其特征在于：所述手持交互示教器(1)還包括與主控制器(1-4)相連的OLED顯示屏(1-3)和藍牙通信模塊(1-5)；所述OLED顯示屏(1-3)顯示所述手持交互示教器(1)上傳的機械臂控制信息、操作指令及所述ROS上位機(3)反饋回的機械臂狀態；所述藍牙通信模塊(1-5)實現所述手持交互示教器(1)與所述ROS上位機(3)的相互無線通信。

4.根據權利要求1所述機械臂手持通用示教系統，其特征在于：所述ROS上位機(3)是基于Linux的開源機器人操作系統ROS設計的，具備很好的通用性；所述手持交互示教器(1)和所述深度相機Kinect(2)可控制多種基于機器人操作系統ROS的機器人，通用性好。

5.根據權利要求4所述機械臂手持通用示教系統，其特征在于，所述ROS上位機(3)由機械臂控制模塊(3-1)、機械臂仿真模塊(3-2)、數據接收處理模塊(3-3)、顯示終端(3-4)和數據存儲模塊(3-5)構成；在缺少機器人的情況下，通過所述機械臂仿真模塊(3-2)進行機械臂仿真并在所述顯示終端(3-4)顯示，仿真時存儲所述機械臂運行數據，用于實際機械臂的示教再現。

6.根據權利要求1所述機械臂手持通用示教系統，其特征在于，所述手持交互示教器(1)的姿態控制模塊(1-1)中有加速度計(1-1-2)、陀螺儀(1-1-1)、磁力計(1-1-3)共同應用于姿態識別，識別的數據在所述主控制器(1-4)中進行融合并轉化為機械臂的控制姿態。

7.根據權利要求5所述機械臂手持示教系統，其特征在于：所述手持交互示教器(1)被設置成棍棒狀形狀，這與機械臂末端執行器相似，增加了用戶的示教沉浸感，可單手手持。

8.一種機械臂手持通用示教系統的操作方法，采用根據權利要求1所述機械臂手持通用示教系統進行操作，其特征在于操作步驟為：

(1)搭建機械臂手持通用示教系統，完成手持通用示教系統各部分的連接，通過所述姿態校準鍵(1-6-5)，進行所述姿態控制模塊(1-1)的在線校準；所述手持交互示教器向所述ROS上位機發送開始信號，示教系統開始工作；

(2)用戶手持所述手持交互示教器到示教點期望姿態，機械臂自動調整姿態與所述手持交互示教器同步，按下所述姿態跟蹤鍵(1-6-2)，鎖定當前機械臂姿態；

(3)用戶觀察當前機械臂位置與示教點位置的關系，并通過兩手腕進行描述；長按所述位置捕獲鍵(1-6-3)，所述深度相機Kinect將兩手腕相對位置信息補償到所述手持交互示教器上傳的位置信息中，機械臂運動到指定示教點附近；

(4)松開位置捕獲按鍵(1-6-3)，用當前機械臂的位置信息更新所述手持交互示教器的位置控制信息；通過所述手持交互示教器的位姿控制單元(1-1-1)，微調當前機械臂的位姿，并通過所述數據記錄鍵(1-6-4)，記錄調整好的機械臂狀態；

(5)再次按下所述姿態跟蹤鍵(1-6-2)，解除機械臂姿態的鎖定，依次完成各示教點。