一种基于人体自然引导的机器人控制器的制造方法

文档序号:8942453阅读:332来源:国知局
一种基于人体自然引导的机器人控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机器人控制技术领域,特别是一种基于人体自然引导的机器人控制器。
【背景技术】
[0002]一个完整的机器人应用与导入,主要由示教和再现两大步骤构成:
不教:
面对任何一项新事物,都有一个学习的过程,机器人也不例外,由于现阶段的机器人智能程度还很弱,无法通过语言和思想来交流,所以必须通过手把手的轨迹跟踪记录方式来进行示教,常用的示教方式是由人工导引机器人末端执行器来完成轨迹的记录,或用示教盒对机器人进行编程来使机器人完成预期的动作。
[0003]再现:
机器人控制器将示教过程中记录下来的步骤,转化成程序和指令,经过优化后,再一步一步地去控制机器人的执行机构,从而完成预期的动作。
[0004]由上可知,机器人的运动学模型和执行效率依赖于示教人员的理论水平和实际经验,需要长时间反复调整和优化,一般操作人员无法执行编程修改,适应不了快速柔性变换的要求。

【发明内容】

[0005]发明的目的是要提供一种基于人体自然引导的机器人控制器。
[0006]为达到上述目的,本发明是按照以下技术方案实施的:
一种基于人体自然引导的机器人控制器,包括:基于PC的控制器、32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元、视觉检测单元、屏幕显示单元、64轴运动控制模块、执行单元、64路实时I/O模块;所述32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元和视觉检测单元的信号输出端通过总线接口与基于PC的控制器的信号输入端,基于PC的控制器的信号输出端通过总线接口连接屏幕显示单元的信号输入端;基于PC的控制器分别通过串行总线与64轴运动控制模块和64路实时I/O模块连接,64轴运动控制模块的信号输出端连接执行单元信号输入端,执行单元的信号输出端反馈连接到64轴运动控制模块的信号输入端;所述后台实时操作系统、动作数据捕捉与传输程序、运动控制程序、前台配置程序、人机操作界面组成嵌入基于PC的控制器内。
[0007]作为优选,所述基于PC的控制器通过串行总线连接有管理服务器,管理服务器通过串行总线有数据库。
[0008]与现有技术相比,本发明引入了关键的人体动作捕捉单元,可以让普通熟练操作员工,双手佩戴上这套系统,进行与平常一样的正常作业,该人体动作捕捉单元会将所有动作记录储存下来,然后机器人就会将该熟练员工的技能再现出来。这种基于人体引导的示教方式自然符合运动控制学和最优路径选择,优于机械生硬的示教方式,提高效率同时减少了对专业人员的需求。
【附图说明】
[0009]图1为本发明的机器人控制器总体结构图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例对本发明作进一步描述,在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
[0011]如图1所不的一种基于人体自然引导的机器人控制器,包括:基于PC的控制器、32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元、视觉检测单元、屏幕显示单元、64轴运动控制模块、执行单元、64路实时I/O模块;所述32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元和视觉检测单元的信号输出端通过总线接口与基于PC的控制器的信号输入端,基于PC的控制器的信号输出端通过总线接口连接屏幕显示单元的信号输入端;基于PC的控制器分别通过串行总线与64轴运动控制模块和64路实时I/O模块连接,64轴运动控制模块的信号输出端连接执行单元信号输入端,执行单元的信号输出端反馈连接到64轴运动控制模块的信号输入端;所述后台实时操作系统、动作数据捕捉与传输程序、运动控制程序、前台配置程序、人机操作界面组成嵌入基于PC的控制器内;所述基于PC的控制器通过串行总线连接有管理服务器,管理服务器通过串行总线有数据库。
[0012]基于PC的控制器:考虑到开放性、可扩展性以及可以利用的各类资源,系统采用基于PC的架构,核心为一块专业订制的PC主板,适用于各种恶劣工业环境下的机器人应用。
[0013]32路陀螺仪/加速度引导模块:采用基于MEMS芯片的三轴陀螺仪和三轴加速度复合模块,完成人体自然引导模式下的三维空间信息诸元的采集,模块数据传送链路分为有线和无线两种,总共可以同时采集32路模块的运动数据。作为前向动作数据捕捉单元,目前最常见的是基于标志点的视觉捕捉方法,主要用于精度要求不高的虚拟现实、影视制作场合,这种方式对场地和环境布置要求较高,对于需要精确连续位置的工业机器人应用场合,基于MEMS芯片技术的方案更具有实际意义,其低成本的,高性能的无线三维运动姿态测量单元,包含三轴陀螺仪、三轴加速度计(即MU),三轴电子罗盘等辅助运动传感器以及无线射频模组,以无线方式实时输出以四元数、欧拉角表示的零漂移、无累计误差的三维姿态数据可广泛应用于人体运动追踪,生命科学,影视制作,虚拟现实,体育竞技,康复医疗,机器人等需要低成本、高动态三维姿态测量的产品设备中。
[0014]示教设置单元:该单元为多种旋钮、开关、显示屏的集合,用于实施执行单元的轨迹跟踪、反馈及控制,可以得到精确的目标轨迹,是人体引导方式的末端定位补充。
[0015]视觉检测单元:该单元为双目机器视觉引导,实施自适应的精确末端定位。
[0016]运动控制模块:将控制器的目标算法转换成实时脉冲,对电机(带编码器反馈)进行位置、速度、加速度控制,具有多轴插补功能,总共可以同时驱动64轴电机。
[0017]实时I/O模块:总共包含64路数字/模拟输入输出点,可以采集和控制机器人各种传感器及逻辑接点信号,构成完整的机器人控制系统。
[0018]总线接口部分:采用多种标准工业串行总线,链接所有功能模块,可以与现有工业模块兼容,具有高速、可靠及节省空间的特性。
[0019]再通过在基于PC的控制器内嵌入各种软件以实现不同的功能,控制器软件根据功能可以分为以下几大模块:
实时操作系统平台:引入嵌入式实时操作系统,对这个子模块进行统一调度管理。
[0020]空间位置采集与处理模块:采集加速度和陀螺传感器模块的数据,预处理并封装成标准函数,供后续模块处理。
[0021]机器视觉识别模块:移植合适的机器视觉算法,识别当前空间位置模式,生成精确坐标值。
[0022]轨迹自动生成与规划模块:对输入的空间点数据进行分析,与目标点数据进行连续比较,自动拟合出运动轨迹,并按照事先规划,约束优化各个运动参数。
[0023]运动控制模块:控制运动的加减速曲线模式、反馈算法。
[0024]在实际操作时,将32路陀螺仪/加速度引导模块佩戴在操作员的手腕、手臂处,随着操作员正常作业,就可以获得连续的、精确的实际空间运动数据,数据可通过有线或无线的方式传送到基于PC的控制器,经过合理运算解析与分配,即可获得驱动机器人各个关节的脉冲信号,使机器人手臂实时跟踪再现人体手臂运动,从而完成既定的任务。另外,示教设置单元和视觉检测单元作为补充手段,可以使末端定位更精确和更智能。
[0025]本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制,凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形,均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于人体自然引导的机器人控制器,其特征在于,包括:基于PC的控制器、32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元、视觉检测单元、屏幕显示单元、64轴运动控制模块、执行单元、64路实时I/O模块;所述32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元和视觉检测单元的信号输出端通过总线接口与基于PC的控制器的信号输入端,基于PC的控制器的信号输出端通过总线接口连接屏幕显示单元的信号输入端;基于PC的控制器分别通过串行总线与64轴运动控制模块和64路实时I/O模块连接,64轴运动控制模块的信号输出端连接执行单元信号输入端,执行单元的信号输出端反馈连接到64轴运动控制模块的信号输入端;所述后台实时操作系统、动作数据捕捉与传输程序、运动控制程序、前台配置程序、人机操作界面组成嵌入基于PC的控制器内。2.根据权利要求1所述的基于人体自然引导的机器人控制器,其特征在于:所述基于PC的控制器通过串行总线连接有管理服务器,管理服务器通过串行总线有数据库。
【专利摘要】本发明公开了一种基于人体自然引导的机器人控制器,包括:基于PC的控制器、32路陀螺仪/加速度引导模块、示教设置单元、视觉检测单元、屏幕显示单元、64轴运动控制模块、执行单元、64路实时I/O模块。与现有技术相比,本发明引入了关键的人体动作捕捉单元,可以让普通熟练操作员工,双手佩戴上这套系统,进行与平常一样的正常作业,该人体动作捕捉单元会将所有动作记录储存下来,然后机器人就会将该熟练员工的技能再现出来,提高效率同时减少了对专业人员的需求。
【IPC分类】G05D1/02
【公开号】CN105159289
【申请号】CN201410361916
【发明人】王惠云
【申请人】海宁新越电子科技有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2014年7月28日
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