[发明专利]一种基于手姿追踪的协作机器人示教方法

摘要

本发明公开了一种基于手姿追踪的协作机器人示教方法，包括以下步骤：第一步，设置机器人运动的速度上限值，同时启动传感器、计算机程序以及机器人控制器；第二步，手姿数据的接收、处理和传输。首先获取数据，然后进行高通滤波，并进行平均值处理，最后实现数据通讯。第三步，建立手姿与机器人末端的映射，由手掌实时的速度和转动角速度转换得到机器人末端运动的速度和角速度；第四步，机器人控制器接收处理后的手势数据并控制机器人运动，实现机器人和操作员手部的同步协调运动；第五步，机器人运动复现。本发明可实现机器人沿X轴的平动，Y轴的平动，Z轴的平动，绕X轴的转动，绕Y轴的转动以及绕Z轴的转动。

主权项

1.一种基于手姿追踪的协作机器人示教方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、示教准备：将手姿追踪传感器水平放置于试验台，使得手姿追踪传感器的坐标系的X1Y1Z1轴和机器人的基座标系的Y0Z0X0轴分别平行；设置机器人运动的速度上限值，同时启动手姿追踪传感器1、计算机以及机器人控制器；手姿追踪传感器以及机器人控制器分别通过数据线与计算机相连；将示教器连接在机器人控制器上，在示教器上将机器人控制调为手动控制模式，通过示教器将控制信号依次传递给机器人控制器、机器人伺服驱动器以将机器人的机械臂调至运动的起始位置，在示教器中记录机器人的初始位姿并输入机器人回到初始位姿的程序，在示教器上将机器人运动的参考坐标系调为世界坐标系；步骤二、采集操作员手部运动过程中的平动速度和转动角速度，具体步骤为：(a)通过手姿追踪传感器采集操作员手部的位置和姿态数据，然后将采集的手部的数据传输给计算机，对手部的位置和姿态求微分，得到三自由度的平动速度和三自由度的转动角速度；(b)用高通滤波的方法对微分后的三自由度的平动速度和三自由度的转动角速度进行滤波，当运动速度低于阈值时，计算机给机器人传送的速度值为0，机器人保持静止状态，从而形成六组滤波后数据数列；(c)数据处理：第一步，首先判断每组滤波后数据数列中当前帧的数据相对于前一帧的数据变化是否超过20％时，未超过则当前帧数据可用，若超过则舍去这一组数据，依旧采用前一帧的数据，作为当前帧可用数据；第二步，将当前帧可用的平动速度和转动角速度数据和相邻前四帧的平动速度和转动角速度数据分别求平均值作为最终的手掌可用数据输出；(d)坐标变换：通过手姿与机器人末端的映射，将手掌坐标系下的手掌可用数据经过坐标变换计算得到在机器人的基座标系下的机器人末端运动的速度和角速度；步骤三、数据传输：(a)确定使手掌运动的速度和角速度和机器人末端运动的速度和角速度合理地实现一一对应的比例系数，将手掌运动的速度和角速度进行放大，然后将放大后的速度和角速度数据作为最终应用的数据存入计算机；(b)数据通讯：利用计算机的TCP/IP协议将计算机中放大后的速度和角速度数据传递给机器人控制器，实现计算机和机器人控制器的通讯；步骤四、机器人控制：(a)机器人控制器接收已经放大后的手势运动数据并传输给机器人伺服控制器控制机器人运动，实现人机同步运动；(b)机器人复位过程：运动结束后，运行机器人控制器复位程序，使得机器人迅速回到起始位置点；步骤五、机器人运动复现：从计算机中调取步骤三存入的一系列运动速度值，将其再次传给机器人控制器，重复步骤三和步骤四，实现机器人的重复运动。