一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]一個(gè)完整的機(jī)器人應(yīng)用與導(dǎo)入，主要由示教和再現(xiàn)兩大步驟構(gòu)成:
不教:
面對(duì)任何一項(xiàng)新事物，都有一個(gè)學(xué)習(xí)的過程，機(jī)器人也不例外，由于現(xiàn)階段的機(jī)器人智能程度還很弱，無法通過語言和思想來交流，所以必須通過手把手的軌跡跟蹤記錄方式來進(jìn)行示教，常用的示教方式是由人工導(dǎo)引機(jī)器人末端執(zhí)行器來完成軌跡的記錄，或用示教盒對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程來使機(jī)器人完成預(yù)期的動(dòng)作。
[0003]再現(xiàn):
機(jī)器人控制器將示教過程中記錄下來的步驟，轉(zhuǎn)化成程序和指令，經(jīng)過優(yōu)化后，再一步一步地去控制機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而完成預(yù)期的動(dòng)作。
[0004]由上可知，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和執(zhí)行效率依賴于示教人員的理論水平和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，需要長時(shí)間反復(fù)調(diào)整和優(yōu)化，一般操作人員無法執(zhí)行編程修改，適應(yīng)不了快速柔性變換的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明的目的是要提供一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是按照以下技術(shù)方案實(shí)施的:
一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器，包括:基于PC的控制器、32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元、視覺檢測(cè)單元、屏幕顯示單元、64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊、執(zhí)行單元、64路實(shí)時(shí)I/O模塊；所述32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元和視覺檢測(cè)單元的信號(hào)輸出端通過總線接口與基于PC的控制器的信號(hào)輸入端，基于PC的控制器的信號(hào)輸出端通過總線接口連接屏幕顯示單元的信號(hào)輸入端；基于PC的控制器分別通過串行總線與64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊和64路實(shí)時(shí)I/O模塊連接，64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸出端連接執(zhí)行單元信號(hào)輸入端，執(zhí)行單元的信號(hào)輸出端反饋連接到64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸入端；所述后臺(tái)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉與傳輸程序、運(yùn)動(dòng)控制程序、前臺(tái)配置程序、人機(jī)操作界面組成嵌入基于PC的控制器內(nèi)。
[0007]作為優(yōu)選，所述基于PC的控制器通過串行總線連接有管理服務(wù)器，管理服務(wù)器通過串行總線有數(shù)據(jù)庫。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明引入了關(guān)鍵的人體動(dòng)作捕捉單元，可以讓普通熟練操作員工，雙手佩戴上這套系統(tǒng)，進(jìn)行與平常一樣的正常作業(yè)，該人體動(dòng)作捕捉單元會(huì)將所有動(dòng)作記錄儲(chǔ)存下來，然后機(jī)器人就會(huì)將該熟練員工的技能再現(xiàn)出來。這種基于人體引導(dǎo)的示教方式自然符合運(yùn)動(dòng)控制學(xué)和最優(yōu)路徑選擇，優(yōu)于機(jī)械生硬的示教方式，提高效率同時(shí)減少了對(duì)專業(yè)人員的需求。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的機(jī)器人控制器總體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，在此發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說明用來解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0011]如圖1所不的一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器，包括:基于PC的控制器、32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元、視覺檢測(cè)單元、屏幕顯示單元、64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊、執(zhí)行單元、64路實(shí)時(shí)I/O模塊；所述32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元和視覺檢測(cè)單元的信號(hào)輸出端通過總線接口與基于PC的控制器的信號(hào)輸入端，基于PC的控制器的信號(hào)輸出端通過總線接口連接屏幕顯示單元的信號(hào)輸入端；基于PC的控制器分別通過串行總線與64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊和64路實(shí)時(shí)I/O模塊連接，64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸出端連接執(zhí)行單元信號(hào)輸入端，執(zhí)行單元的信號(hào)輸出端反饋連接到64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸入端；所述后臺(tái)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉與傳輸程序、運(yùn)動(dòng)控制程序、前臺(tái)配置程序、人機(jī)操作界面組成嵌入基于PC的控制器內(nèi)；所述基于PC的控制器通過串行總線連接有管理服務(wù)器，管理服務(wù)器通過串行總線有數(shù)據(jù)庫。
[0012]基于PC的控制器:考慮到開放性、可擴(kuò)展性以及可以利用的各類資源，系統(tǒng)采用基于PC的架構(gòu)，核心為一塊專業(yè)訂制的PC主板，適用于各種惡劣工業(yè)環(huán)境下的機(jī)器人應(yīng)用。
[0013]32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊:采用基于MEMS芯片的三軸陀螺儀和三軸加速度復(fù)合模塊，完成人體自然引導(dǎo)模式下的三維空間信息諸元的采集，模塊數(shù)據(jù)傳送鏈路分為有線和無線兩種，總共可以同時(shí)采集32路模塊的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。作為前向動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉單元，目前最常見的是基于標(biāo)志點(diǎn)的視覺捕捉方法，主要用于精度要求不高的虛擬現(xiàn)實(shí)、影視制作場(chǎng)合，這種方式對(duì)場(chǎng)地和環(huán)境布置要求較高，對(duì)于需要精確連續(xù)位置的工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)合，基于MEMS芯片技術(shù)的方案更具有實(shí)際意義，其低成本的，高性能的無線三維運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量單元，包含三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)(即MU)，三軸電子羅盤等輔助運(yùn)動(dòng)傳感器以及無線射頻模組，以無線方式實(shí)時(shí)輸出以四元數(shù)、歐拉角表示的零漂移、無累計(jì)誤差的三維姿態(tài)數(shù)據(jù)可廣泛應(yīng)用于人體運(yùn)動(dòng)追蹤，生命科學(xué)，影視制作，虛擬現(xiàn)實(shí)，體育競(jìng)技，康復(fù)醫(yī)療，機(jī)器人等需要低成本、高動(dòng)態(tài)三維姿態(tài)測(cè)量的產(chǎn)品設(shè)備中。
[0014]示教設(shè)置單元:該單元為多種旋鈕、開關(guān)、顯示屏的集合，用于實(shí)施執(zhí)行單元的軌跡跟蹤、反饋及控制，可以得到精確的目標(biāo)軌跡，是人體引導(dǎo)方式的末端定位補(bǔ)充。
[0015]視覺檢測(cè)單元:該單元為雙目機(jī)器視覺引導(dǎo)，實(shí)施自適應(yīng)的精確末端定位。
[0016]運(yùn)動(dòng)控制模塊:將控制器的目標(biāo)算法轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)脈沖，對(duì)電機(jī)(帶編碼器反饋)進(jìn)行位置、速度、加速度控制，具有多軸插補(bǔ)功能，總共可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)64軸電機(jī)。
[0017]實(shí)時(shí)I/O模塊:總共包含64路數(shù)字/模擬輸入輸出點(diǎn)，可以采集和控制機(jī)器人各種傳感器及邏輯接點(diǎn)信號(hào)，構(gòu)成完整的機(jī)器人控制系統(tǒng)。
[0018]總線接口部分:采用多種標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)串行總線，鏈接所有功能模塊，可以與現(xiàn)有工業(yè)模塊兼容，具有高速、可靠及節(jié)省空間的特性。
[0019]再通過在基于PC的控制器內(nèi)嵌入各種軟件以實(shí)現(xiàn)不同的功能，控制器軟件根據(jù)功能可以分為以下幾大模塊:
實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái):引入嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)子模塊進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理。
[0020]空間位置采集與處理模塊:采集加速度和陀螺傳感器模塊的數(shù)據(jù)，預(yù)處理并封裝成標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，供后續(xù)模塊處理。
[0021]機(jī)器視覺識(shí)別模塊:移植合適的機(jī)器視覺算法，識(shí)別當(dāng)前空間位置模式，生成精確坐標(biāo)值。
[0022]軌跡自動(dòng)生成與規(guī)劃模塊:對(duì)輸入的空間點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，與目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)比較，自動(dòng)擬合出運(yùn)動(dòng)軌跡，并按照事先規(guī)劃，約束優(yōu)化各個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
[0023]運(yùn)動(dòng)控制模塊:控制運(yùn)動(dòng)的加減速曲線模式、反饋算法。
[0024]在實(shí)際操作時(shí)，將32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊佩戴在操作員的手腕、手臂處，隨著操作員正常作業(yè)，就可以獲得連續(xù)的、精確的實(shí)際空間運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可通過有線或無線的方式傳送到基于PC的控制器，經(jīng)過合理運(yùn)算解析與分配，即可獲得驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的脈沖信號(hào)，使機(jī)器人手臂實(shí)時(shí)跟蹤再現(xiàn)人體手臂運(yùn)動(dòng)，從而完成既定的任務(wù)。另外，示教設(shè)置單元和視覺檢測(cè)單元作為補(bǔ)充手段，可以使末端定位更精確和更智能。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)方案不限于上述具體實(shí)施例的限制，凡是根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的技術(shù)變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器，其特征在于，包括:基于PC的控制器、32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元、視覺檢測(cè)單元、屏幕顯示單元、64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊、執(zhí)行單元、64路實(shí)時(shí)I/O模塊；所述32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元和視覺檢測(cè)單元的信號(hào)輸出端通過總線接口與基于PC的控制器的信號(hào)輸入端，基于PC的控制器的信號(hào)輸出端通過總線接口連接屏幕顯示單元的信號(hào)輸入端；基于PC的控制器分別通過串行總線與64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊和64路實(shí)時(shí)I/O模塊連接，64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸出端連接執(zhí)行單元信號(hào)輸入端，執(zhí)行單元的信號(hào)輸出端反饋連接到64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊的信號(hào)輸入端；所述后臺(tái)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、動(dòng)作數(shù)據(jù)捕捉與傳輸程序、運(yùn)動(dòng)控制程序、前臺(tái)配置程序、人機(jī)操作界面組成嵌入基于PC的控制器內(nèi)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器，其特征在于:所述基于PC的控制器通過串行總線連接有管理服務(wù)器，管理服務(wù)器通過串行總線有數(shù)據(jù)庫。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于人體自然引導(dǎo)的機(jī)器人控制器，包括：基于PC的控制器、32路陀螺儀/加速度引導(dǎo)模塊、示教設(shè)置單元、視覺檢測(cè)單元、屏幕顯示單元、64軸運(yùn)動(dòng)控制模塊、執(zhí)行單元、64路實(shí)時(shí)I/O模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明引入了關(guān)鍵的人體動(dòng)作捕捉單元，可以讓普通熟練操作員工，雙手佩戴上這套系統(tǒng)，進(jìn)行與平常一樣的正常作業(yè)，該人體動(dòng)作捕捉單元會(huì)將所有動(dòng)作記錄儲(chǔ)存下來，然后機(jī)器人就會(huì)將該熟練員工的技能再現(xiàn)出來，提高效率同時(shí)減少了對(duì)專業(yè)人員的需求。
【IPC分類】G05D1/02
【公開號(hào)】CN105159289
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410361916
【發(fā)明人】王惠云
【申請(qǐng)人】海寧新越電子科技有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2014年7月28日