一种串联机械手臂的示教编程方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种串联机械手臂的示教编程方法，具体的说是通过体感设备和数据手套检测人的手臂的姿态变化，并且通过计算转换为机器人手臂关节角度的变化，并保存关节角度，完成示教编程，属于机器人及控制领域。
【背景技术】
[0002]目前的串联机械手臂一般通过直接编程的方式实现各种功能，但这要求操作对象工作在相对固定的位置，并且类型一致，这种机器人使用模式对环境适应能力较差，升级与维护成本高，虽然可以通过传统示教再现方式来对机器人运动轨迹进行定义，但应用示教器不够灵活，且操作复杂。肢体语言是最为有效的交流方式，近年来肢体示教学习作为一个新的人机交互，成为机器人编程方式研究的新方式，即通过人直接的示教来教会机器人新技能，完成相应的动作编程。
[0003]关于人体动作的捕捉研究较多，有许多的体感设备可以使用，但多数设备非常昂贵且运动约束较多。Microsoft推出的Kinect体感设备是一种性价比极高的三维感知传感器，它能获取彩色图像、深度图像以及人体动作图像，它并提供了一种全新的人际交互方式。它能够捕捉、跟踪人体的动作。
[0004]数据手套能够感知手指的运动姿态，在Kinect传感器以及数据手套的帮助下，使得不教编程成为可能。
【发明内容】
[0005]为了克服传统的串联机械手臂的编程缺点，本发明提出了用体感设备Kinect传感器和数据手套进行示教编程的新方法，该方法操作简便，环境适应性强，可以快速完成编程。
[0006]本发明所采用的技术方案如下。
[0007]Kinect传感器能够识别人体的骨架，并且能够根据转换得到人体的骨骼坐标，通过检测人体的手臂末端关节的坐标变化，进一步通过建立的逆运动学模型转化为关节角度的变化，并且逐一保存角度数值。
[0008]数据手套能够检测手部弯曲姿态的变化，数据手套的姿态可以转化为机械机械手的姿态变化，进而可以控制机械机械手，并记录机械手关节角度，实现示教编程。
[0009]通过Kinect测得人体手臂运动保存的机械手臂的角度值，以及数据手套检测的手部运动保存的手部关节的角度值，通过回放保存的角度值，可以实现人体示教的动作。
【附图说明】
[0010]下面结合【附图说明】书对本专利进行说明。
[0011 ] 图1为人体示教示意图。
[0012]图2为Kinect提取的人体骨架示意图。
[0013]图3为串联机械手臂的示教编程方法流程图。
【具体实施方式】
[0014]当需要示教编程时，人站在体感设备Kinect前方，如图1所示，当Kinect提取出人体的骨架，会发出语音播报，提醒发现用户，提取的人体骨架图如图2所示，并且每个关节有自己的坐标系，关节主要包括头部关节，颈部关节，肩关节，肘关节，和腕关节，人体躯干，臀部关节，膝关节，以及脚踝关节。
[0015]进行示教编程的过程如图3所示。
[0016]打开机械手臂示教编程开关，系统会检测到进入示教编程模式。
[0017]当进入示教编程模式时则判断是否检测到用户，当检测到用户发出语音确认消息。
[0018]提取人体骨骼坐标以及获取手臂末端位置坐标，否则重新检测用户。
[0019]通过TF坐标变换，得到手臂末端位置相对于Kinect传感器的坐标(&，YJ和躯干坐标相对于Kinect传感器的坐标(X；；，Y2)o
[0020]手臂末端位置坐标(Xp D减去躯干坐标(X2，Y2)，得到手臂末端的移动轨迹坐标(Χ0，Υ0)。
[0021]根据手臂的逆运动学反解出各关节对应的关节角度。
[0022]解出的角度可能具有多个，因此需要进行角度数据的优化选择。
[0023]存储角度信息，并且发送角度信息给手臂关节执行单元执行。
[0024]判断手臂末端位置是否到达期望的位置，如果没达到则继续编程，继续提取人体坐标信息，如果达到期望的位置，则用户操作数据手套。
[0025]数据手套检测到手部姿态变化，发送控制命令给机械手控制器并且保存控制命令。
[0026]判断是否达到预期的手部动作，如果没有则继续操作数据手套编程。如果实现手部动作，则测试手臂运动和手部抓取运动。
[0027]判断是否达到预期的轨迹以及手部动作，没达到预期则返回到重现编程，达到了则完成编程。
【主权项】
1.本发明公开了一种串联机械手臂的示教编程方法，该方法用于串联机械手臂的示教编程，通过用户直接示教教给机器人新技能。2.根据权利要求1所述的一种串联机械手臂的示教编程方法，其特征在于:通过体感设备检测用户的手臂末端位置，并且把末端位置通过逆运动学模型转化为机械臂的关节角度，并且逐一保存关节角度数值。3.根据权利要求1所述的一种串联机械手臂的示教编程方法，其特征在于:通过数据手套感知手部运动，并且把手部运动姿态映射给机械手，并逐一保存机械手关节角度值。4.根据权利要求1所述的一种串联机械手臂的示教编程方法，其特征在于:通过给各关节发送保存的对应关节的角度值，可以实现机械手臂沿示教的曲线运动，完成编程。
【专利摘要】本发明公开了一种串联机械手臂的示教编程方法，该方法用于串联机械手臂的示教编程，通过用户直接示教教给机器人新技能。所述的示教编程方法是通过体感设备检测用户的手臂末端位置，并且把末端位置通过逆运动学模型转化为机械手臂的关节角度，逐一保存关节角度数值，通过数据手套感知人的手部运动姿态，把手部运动姿态映射给机械手，逐一保存机械手关节角度值。通过发送保存的角度数值，可以使机械手臂重现示教的运动轨迹，从而完成编程。此编程方法有效解决了机械手臂传统编程方法复杂，程序适应性差，需要重复编程的缺点。
【IPC分类】B25J9/22
【公开号】CN105328701
【申请号】CN201510769534
【发明人】程红太, 郝丽娜, 姬光飞, 万登科, 张志飞
【申请人】东北大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月12日