本发明涉及工业机器人示教技术领域，更具体地说，涉及一种人体交互的机器人示教方法及示教系统。
背景技术：
随着科技的快速发展，在工业制造、生产及其相关技术领域常常采用机器人辅助生产以节省人工成本和提高生产效率。目前市场上的多关节工业机器人大多属于普通六轴(六关节)机器人，通过示教方式实现运动轨迹进行编程并存储，之后重复再现该运动轨迹使机器人运作。目前机器人示教方式主要采用示教器示教和拖动式示教两种方式；这两种示教方式各有特点，但也存在着不足。
示教器示教方式以源码方式呈现机器人动作，示教动作不够直观；示教从指令输入到实现，需要经过较长的编码、定位过程，编程效率较低。拖动式示教方式对空间与环境有一定的要求，在空间限制机器人动作幅度的示教环境下，拖动式示教无法实现；部份环境为了安全的考虑而要求无人作业，该环境下更是无法实施拖动式示教。此外，拖动式示教方式是通过示教者拖动机器人实现目标点的定位与轨迹的记录，需要示教者接触机器人；在机器人驱动执行机构及相关传感、驱动机构出现故障时，示教者接触机器人将会有安全的风险，因此拖动式示教方式存在安全隐患。因此，现有两种示教方式均不是十分理想，亟需设计出一种示教动作直观、编程效率高、具有良好安全性的机器人示教方法和示教系统。
技术实现要素：
为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种示教动作直观、编程效率高、具有良好安全性、人体交互的机器人示教方法。本发明的另一个目的在于提供一种示教动作直观、编程效率高、具有良好安全性、人体交互的机器人示教系统。
为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种人体交互的机器人示教方法，其特征在于：设置机器人基本信息；确认示教者权限并进入人体交互模式；通过判断示教者示教手的手势来进入示教模式以开始示教；在示教过程中，不断获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析得出示教者示教手的姿态和运动信息，形成示教轨迹；通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据机器人控制指令实时改变机器人本体的姿态，从而将示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上；通过判断示教者非示教手的手势来结束示教，输出示教轨迹；编辑示教轨迹；生成并编辑机器人控制程序。
本发明示教方法通过获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析、处理来形成机器人控制程序以实现示教，编程效率高，示教者不需要接触机器人，可消除因机器人故障而撞伤示教者的安全隐患，具有良好的安全性；示教过程中，示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上，使机器人本体可跟随人体姿态变换做出相应的姿态变换，示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率。
优选地，所述的设置机器人基本信息；确认示教者权限并进入人体交互模式；通过判断示教者示教手的手势来进入示教模式以开始示教；在示教过程中，不断获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析得出示教者示教手的姿态和运动信息，形成示教轨迹；通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据机器人控制指令实时改变机器人本体的姿态，从而将示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上；通过判断示教者非示教手的手势来结束示教，输出示教轨迹；编辑示教轨迹；生成并编辑机器人控制程序，是指包括如下步骤：
S1，通过人机交互界面设置机器人控制系统中的机器人基本信息；
S2，进行示教者权限验证：若示教者被认证为有权限者，则进入人体交互模式；否则示教系统报警并将操作历史记录日志；
S3，双目摄像头获取示教者的图像和人体骨骼数据并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块解析出示教者示教手的手势信息并进行判断：若示教者示教手的手势为示教开始手势，则进入示教模式；
S4，在示教过程中，双目摄像头不断获取示教者的图像和人体骨骼信息并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块进行实时解析得出示教者示教手的姿态和运动信息，形成示教轨迹；通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据机器人控制指令实时改变机器人本体的姿态，从而将示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上；上位机核心算法模块判断示教者非示教手的手势信息：若示教者非示教手的手势为完成示教手势，则结束示教，上位机核心算法模块向上位机人机交互界面输出示教轨迹；
S5，编辑示教轨迹；生成并编辑机器人控制程序。
优选地，所述步骤S1中，设置机器人基本信息是指：设置机器人控制系统的以太网通信地址、机器人本体的基本信息，设定示教手和非示教手，导入示教者权限分级数据，绑定手势对应的交互信息。
优选地，将握拳向前推和握拳向后收两种手势中的一种绑定为示教开始手势，另一种绑定为完成手势。该两种手势容易识别，可提高示教方法的准确性。
优选地，所述步骤S2中，进行示教者权限验证是指，双目摄像头采集示教者的图像和人体骨骼信息并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块采用人脸识别和人体特征识别技术进行示教者权限验证。本发明示教方法具有权限识别功能，可结合人脸识别和人体特征识别功能实现示教者的权限分级。
优选地，所述步骤S3中，上位机核心算法模块解析出示教者示教手的手势信息并进行判断，若示教者示教手的手势不是为示教开始手势，则判断示教者示教手的手势是否为控制机器人状态手势：若是，则将示教者示教手的手势翻译为对应的机器人控制指令，并发送至机器人控制系统，来控制机器人本体启停、加减速状态切换。
优选地，所述步骤S5中，编辑示教轨迹，并在示教轨迹中插入逻辑判断和IO设备控制，生成机器人控制程序；编辑机器人控制程序，并在机器人控制程序中插入逻辑判断和IO设备控制代码。
优选地，所述步骤S5中，编辑示教轨迹是指，添加、删除、修改、加速、减速、重复示教轨迹。本发明方法可灵活调整示教轨迹，既可将示教轨迹分段提取处理，又可将多个示教轨迹进行整合，还可进行加速和减速等编辑，具有良好的可扩展性和兼容性，可以将示教结果转换为其他示教技术像兼容的机器人程序和点位信息。
一种人体交互的机器人示教系统，其特征在于：包括：
机器人本体，具有六轴关节；
双目摄像头，用于获取示教者的图像和人体骨骼信息并发送；
上位机核心算法模块，用于接收双目摄像头发送的示教者的图像和人体骨骼信息，进行解析得出示教者的手势、姿态和运动信息；进行手势判断；形成示教轨迹，通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并将机器人控制指令发送；并用于编辑示教轨迹，生成和编辑机器人控制程序；
机器人控制系统，用于接收上位机核心算法模块发送的机器人控制指令，实时改变机器人本体的姿态；
上位机人机交互界面，用于设置机器人控制系统中的机器人基本信息，并用于显示示教轨迹。
本发明示教系统通过获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析、处理来形成机器人控制程序以实现示教，编程效率高，示教者不需要接触机器人，可消除因机器人故障而撞伤示教者的安全隐患，具有良好的安全性；示教过程中，示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上，使机器人本体可跟随人体姿态变换做出相应的姿态变换，示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率。
优选地，所述上位机人机交互界面和上位机核心算法模块通过以太网和机器人控制系统进行通信。
与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果：
1、本发明示教方法编程效率高，具有良好的安全性；示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率；
2、本发明示教方法具有权限识别功能，可结合人脸识别和人体特征识别功能实现示教者的权限分级；
3、本发明示教方法具有良好的可扩展性和兼容性，可以将示教结果转换为其他示教技术像兼容的机器人程序和点位信息；
4、本发明示教系统编程效率高，具有良好的安全性；示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率。
附图说明
图1是本发明示教方法的流程图；
图2是本发明示教方法的应用场景图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
实施例一
如图1所示，本实施例提供一种人体交互的机器人示教方法，设置机器人基本信息；确认示教者权限并进入人体交互模式；通过判断示教者示教手的手势来进入示教模式以开始示教；在示教过程中，不断获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析得出示教者示教手的姿态和运动信息，形成示教轨迹；通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据机器人控制指令实时改变机器人本体的姿态，从而将示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上；通过判断示教者非示教手的手势来结束示教，输出示教轨迹；编辑示教轨迹；生成并编辑机器人控制程序。
具体地说，包括如下步骤：
S1，通过人机交互界面设置机器人控制系统中的机器人基本信息；
S2，进行示教者权限验证：若示教者被认证为有权限者，则进入人体交互模式；否则示教系统报警并将操作历史记录日志；
S3，双目摄像头获取示教者的图像和人体骨骼数据并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块解析出示教者示教手的手势信息并进行判断：若示教者示教手的手势为示教开始手势，则进入示教模式；
S4，在示教过程中，双目摄像头不断获取示教者的图像和人体骨骼信息并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块进行实时解析得出示教者示教手的姿态和运动信息，形成示教轨迹；通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并发送至机器人控制系统，机器人控制系统根据机器人控制指令实时改变机器人本体的姿态，从而将示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上；上位机核心算法模块判断示教者非示教手的手势信息：若示教者非示教手的手势为完成示教手势，则结束示教，上位机核心算法模块向上位机人机交互界面输出示教轨迹；
S5，编辑示教轨迹；生成并编辑机器人控制程序。
本发明示教方法通过获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析、处理来形成机器人控制程序以实现示教，编程效率高，示教者不需要接触机器人，可消除因机器人故障而撞伤示教者的安全隐患，具有良好的安全性；示教过程中，示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上，使机器人本体可跟随人体姿态变换做出相应的姿态变换，示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率。
图像和人体骨骼信息解析成手势可采用现有算法；图像和人体骨骼信息解析成手的姿态和运动信息，形成示教轨迹可采用现有算法；将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令可采用现有算法。
优选的方案是，所述步骤S1中，设置机器人基本信息是指：设置机器人控制系统的以太网通信地址、机器人本体的基本信息，设定示教手和非示教手，导入示教者权限分级数据，绑定手势对应的交互信息。
优选地，将握拳向前推和握拳向后收两种手势中的一种绑定为示教开始手势，另一种绑定为完成手势。该两种手势容易识别，可提高示教方法的准确性。
所述步骤S2中，进行示教者权限验证是指，双目摄像头采集示教者的图像和人体骨骼信息并发送至上位机核心算法模块；上位机核心算法模块采用人脸识别和人体特征识别技术进行示教者权限验证。本发明示教方法具有权限识别功能，可结合人脸识别和人体特征识别功能实现示教者的权限分级。人脸识别和人体特征识别技术可采用现有技术。
所述步骤S3中，上位机核心算法模块解析出示教者示教手的手势信息并进行判断，若示教者示教手的手势不是为示教开始手势，则判断示教者示教手的手势是否为控制机器人状态手势：若是，则将示教者示教手的手势翻译为对应的机器人控制指令，并发送至机器人控制系统，来控制机器人本体启停、加减速状态切换。
所述步骤S5中，编辑示教轨迹，并在示教轨迹中插入逻辑判断和IO设备控制，生成机器人控制程序；编辑机器人控制程序，并在机器人控制程序中插入逻辑判断和IO设备控制代码。
所述步骤S5中，编辑示教轨迹是指，添加、删除、修改、加速、减速、重复示教轨迹。本发明方法可灵活调整示教轨迹，既可将示教轨迹分段提取处理，又可将多个示教轨迹进行整合，还可进行加速和减速等编辑，具有良好的可扩展性和兼容性，可以将示教结果转换为其他示教技术像兼容的机器人程序和点位信息。
实施例二
本实施例提供一种人体交互的机器人示教系统，其特征在于：包括：
机器人本体，具有六轴关节；
双目摄像头，用于获取示教者的图像和人体骨骼信息并发送；
上位机核心算法模块，用于接收双目摄像头发送的示教者的图像和人体骨骼信息，进行解析得出示教者的手势、姿态和运动信息；进行手势判断；形成示教轨迹，通过映射算法将示教轨迹映射成机器人本体运动轨迹，将机器人本体运动轨迹解析为机器人控制指令并将机器人控制指令发送；并用于编辑示教轨迹，生成和编辑机器人控制程序；
机器人控制系统，用于接收上位机核心算法模块发送的机器人控制指令，实时改变机器人本体的姿态；
上位机人机交互界面，用于设置机器人控制系统中的机器人基本信息，并用于显示示教轨迹。
本发明示教系统通过获取示教者的图像和人体骨骼信息并进行解析、处理来形成机器人控制程序以实现示教，编程效率高，示教者不需要接触机器人，可消除因机器人故障而撞伤示教者的安全隐患，具有良好的安全性；示教过程中，示教者姿态和运动信息实时映射到机器人本体上，使机器人本体可跟随人体姿态变换做出相应的姿态变换，示教动作直观，示教者可及时检查示教动作是否符合要求并作出相应调整，可进一步提高编程效率。
上位机人机交互界面和上位机核心算法模块通过以太网和机器人控制系统进行通信。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。