[發明專利]人體上肢技能動作感測學習裝置及方法

有效

• 申請號: 202111044414.0
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113618717B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 張恩政;李子文;陳本永
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種人體上肢技能動作感測學習裝置及方法。包括人體上肢技能感測模塊、工業機器人、機器人控制器、數據采集處理模塊、技能學習模塊；人體上肢技能感測模塊包括肩關節檢測模塊、上臂臂長適應模塊、肘關節檢測模塊、前臂旋轉檢測模塊、前臂臂長適應模塊、腕關節檢測模塊；由穿戴可實時感測手臂動作的人體上肢技能感測模塊實時采集手臂動作，經數據采集處理模塊處理并經機器人控制器來遙操作工業機器人進行技能示教，通過人體上肢技能感測模塊和機器人控制器獲取到的數據進行技能學習。本發明通過遙操作的方式進行工業機器人的技能示教和技能學習，示教過程直接可觀、技能學習效率高，適應智能制造等領域機器人技能學習和泛化的發展需求。

技術領域

本發明涉及人體運動感知技術領域的一種肢體動作控制裝置及方法，特別涉及工業機器人遙操作技能學習領域的一種人體上肢技能動作感測學習裝置及方法。

背景技術

制造業從數字制造向智能制造轉型升級對工業機器人智能化提出了更高的要求，智能規劃、智能控制是工業機器人智能制造系統的重要組成部分，機器人遙操作技術是機器人智能控制中的一個關鍵技術，同時機器人遙操作還可以為機器人技能學習提供學習數據，通過學習實現機器人的智能規劃。

運動捕捉技術是工業機器人遙操作的關鍵技術之一。根據感知原理分類，目前的運動捕捉技術主要可以分為光學式，電磁式，機械式三種。光學式感知通過視覺傳感器或其他光學設備對捕捉對象進行跟蹤，其采樣頻率高，且對操作者的運動無影響，但后期數據處理復雜，且易受環境光線，障礙物等因素干擾。電磁式感知技術主要包括感知操作者體表生物電信號或通過MEMS傳感器感知綁定點的速度加速度信息以還原操作者的運動，該方式對操作者的動作有些許影響，后期數據處理復雜，易受環境因素干擾。機械式運動感知方式對操作者動作影響較大，對感知設備的安全性要求和適應性要求較高，但后期的數據處理最為簡便，還原的操作者運動最為準確。

目前機器人技能編程方法需要對技能工藝進行分析，隨后通過示教盒進行編程，完成一個技能的編程需要進行多次實驗、調整，且編程時無法直觀的感受技能的好壞。

發明內容

為了解決工業機器人傳統技能編程方法編程過程不可觀，編程效率低的技術問題，本發明的目的在于提供一種人體上肢技能動作感測學習裝置及方法，將工業生產中操作工人的作業技能可觀高效的遷移到工業機器人上。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一、一種人體上肢技能動作感測學習裝置：

裝置包括人體上肢技能感測模塊、數據采集處理模塊、技能學習模塊、機器人控制器、工業機器人，人體上肢技能感測模塊分別經數據采集處理模塊、技能學習模塊后和機器人控制器連接，機器人控制器和工業機器人連接；數據采集處理模塊控制人體上肢技能感測模塊采集人體上肢手臂運動的角度數據并轉換成機器人運動的關節角數據發送給機器人控制器，機器人控制器接收數據采集處理模塊的關節角數據并轉發到技能學習模塊，同時根據關節角數據規劃并控制工業機器人進行關節空間的運動，技能學習模塊從機器人控制器收集并保存數據采集處理模塊的關節角數據，將關節角數據與機器人控制器控制工業機器人產生的運動插值數據并進行學習與優化，最后生成工業機器人技能模型保存到機器人控制器中。

所述人體上肢技能感測模塊采用串聯式結構設計，從上到下包括依次連接的肩關節檢測模塊、上臂臂長適應模塊、肘關節檢測模塊、前臂旋轉傳動檢測模塊、前臂臂長適應模塊和腕關節檢測模塊。