[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

本發明公開了一種機械臂手持通用示教系統及其操作方法，系統包括手持交互示教器、深度相機Kinect、ROS上位機和機械臂。手持交互示教器與用戶直接交互可以識別自身姿態并進行手動控制。深度相機Kinect可以識別用戶兩手腕的空間位置。手持交互示教器與深度相機Kinect采集的數據經過ROS上位機的數據處理模塊進行分析處理，并在機械臂控制模塊中進行運動學分析與路徑規劃。ROS上位機與機械臂通過以太網連接，ROS上位機的計算結果經機械臂控制器驅動機械臂本體按照規劃好的路徑運動。用戶通過手持交互示教器與深度相機Kinect對機械臂進行無線示教，使機械臂末端快速進入相應示教點，可控制多種基于機器人操作系統ROS的機器人，示教方法及過程簡單，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明主要涉及一種機械臂手持通用示教系統及其操作方法，屬機器人技術與應用領域。可解決現有技術在機械臂示教時，示教過程復雜、通用性差的問題。

技術背景

近幾年機器人技術發展迅速，越來越多的機器人被投入到生產應用中，用工業機器人代替人工生產已經成為未來制造業的一種發展趨勢。機器人示教器作為人與工業機器人交互的核心設備，被廣泛地應用于各行各業。

傳統的機器人示教器將編程功能集成到示教器上,雖然方便在線編程,但是也增加了示教器的體積和重量。用戶需要兩只手同時工作，人機交互不自然，對用戶的要求高，通用性差。此外，傳統的機器人示教器只能通過搖桿、按鍵和觸摸屏進行指令輸入，難以調節三維的空間位姿，示教過程繁瑣、費時，占用大量時間。將自然、高效的人機交互技術引入到示教工作中，具有重要研究價值。

如中國發明專利CN110193816A所公開的工業機器人示教方法、手柄及系統，其根據慣性測量單元和三個拉線式傳感器分別確定手柄的姿態與位置，進而生成工業機器人末端執行器的運動軌跡。但是工業慣性測量單元價格昂貴，示教成本高。三個拉線式傳感器在示教過程中必須從不同方向與手柄外殼底端直接相連，受線的限制，操作麻煩。如CN110125944A所公開的一種機械臂示教系統和方法,若干個紅外攝像機組成視覺運動捕捉模塊，通過捕捉示教裝置上的標記點確定示教裝置的位置與姿態，該方法設備昂貴且功能單一。

發明內容

針對現有技術的不足和缺陷，本發明的目的是提供一種機械臂的手持通用示教系統及其操作方法。該示教系統能夠快速調整機械臂的位置與姿態，并進行記錄。用戶無需具備專業的操作技能,就能快速地操作機器臂。

為了實現上述方面目的，本發明采用如下技術方案：

一種機械臂手持通用示教系統，包括手持交互示教器、深度相機Kinect、ROS上位機和機械臂，所述手持交互示教器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可識別用戶兩手腕的空間位置；所述手持交互示教器與所述深度相機Kinect采集的數據經過所述ROS上位機進行分析，完成所述機械臂的運動學分析與路徑規劃；所述ROS上位機與所述機械臂通過以太網連接，所述ROS上位機的計算結果控制機械臂按照規劃好的路徑運動；用戶通過所述手持交互示教器與所述深度相機Kinect分別控制機械臂的姿態和位移，使機械臂末端快速進入相應示教點。

優選地，所述手持交互示教器包括一個主控制器和與其相連的手動操控模塊，所述手動操控模塊包括位姿控制單元、姿態跟蹤鍵、位置捕獲鍵、數據記錄鍵、姿態校準鍵。優選地，所述位姿控制單元可手動改變機械臂末端執行器位置與姿態；所述姿態跟蹤鍵可激活和失能姿態控制模塊；所述位置捕獲鍵，可以使能和失能深度相機Kinect對機械臂位置的控制。所述數據記錄鍵在ROS上位機記錄當前機械臂的狀態。所述姿態校準鍵可在線校準姿態控制模塊各傳感器。

優選地，所述手持交互示教器還包括與主控制器相連的OLED顯示屏和藍牙通信模塊；所述OLED顯示屏顯示所述手持交互示教器上傳的機械臂控制信息、操作指令及所述ROS上位機反饋回的機械臂狀態；所述藍牙通信模塊實現所述手持交互示教器與所述ROS上位機的相互無線通信。