一种基于多信息融合的人机技能传递系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于多信息融合的人机技能传递系统，包括与机器人连接的计算机、传感器安装支架，以及分别与计算机相连的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口、监测显示器，所述的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口分别安装在传感器安装支架上，所述的人体肌电信号采集仪通过测量电极与人体连接，所述的体感传感器设置在人体关节处。本发明专利技术的系统，服务机器人人机交互信息充分、控制策略多样，且多传感器安装方便、投入成本显著降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人智能学习和控制领域，特别涉及一种基于多信息融合的人机技能传递系统。
技术介绍
服务机器人技术近年来发展迅速，日益受到人们重视。与传统的工业机器人相比，服务机器人服务于人们日常生活，因而与人更接近，要求与服务机器人人机交互必须安全，稳定可靠。同时由于人的需求多样性，要求服务机器人具有灵活的类人行为特性。上述服务机器人的特性及人们对服务机器人的期待促使研宄者找到一种便捷，简易，稳定且成本低的人机交互技术，即能够实现人的技能向服务机器人的稳定传递，使服务机器人更好的服务于大众实际生活。中国公开专利号:CN 103302668A，名称:基于Kinect的空间遥操作机器人的控制系统及其方法。该方法基于Kinect实现对空间物体的抓取工作，但是在人们实际生活中，更多的是通过基于阻抗控制来完成作业，仅仅通过Kinect遥操作无法使用户实时了解机器人的实际运行情况，也无法很好的完成一些复杂精细的工作。因而需要更多的传感信息融合来弥足这些不足。中国公开专利号:CN202471117U，名称:传感器安装支架。传感器的安装采用穿设孔固定在主支架上，这种方式的安装方法需要开设安装孔，带来一定的问题，如定位调整不方便，开设的空降低了主支架的强度，如有定位要求，会受外界影响造成一定的扰动误差，另外该支架设计缺少灵活的位置调整固定机构，不适合对精度有一定要求的实验场合。中国公开专利号:CN202676197U，名称:传感器支架。该支架设计可伸缩，采用螺纹传动。但是在大尺度位置调节场合，该设计方式需要增加螺纹长度，给加工带来一定困难，另外调整效率会大大降低。而且缺少必须的定位机构，当螺纹磨损后，会给传感器的定位带来一定的干扰。另外随着技术的进步，越来越多的传感器用于机器人的服务领域，如双目视觉，体感传感器，触觉传感器等。这些传感器安装精度将对服务的效果造成诸多不良影响，如无法实现人机同步，人机交互失真等；另外由于市场上传感器类型繁多，需要不同的传感器安装接口，并且多数是非标准化的接口，需要单独定做，给实验调试带来诸多不便，花费相当的时间和经费。现有的视觉传感器多固定在墙壁或房间的横梁上，安装费时，费力，有时需要专业的技术人员钻孔等。作为固定的实验平台，这些传感器固定在这些位置可能不会影响正常的实验任务，然而一旦由于环境影响如光照，振动等造成传感器精度下降，这时需要人工修正传感器安装误差，显然由于安装的不便利导致调整难度的增加，另外当需要增加传感器数量或种类时，传统的安装方法的欠可扩展性的弊端更显而易见。此外某些实验场合不适合墙壁钻孔或吊装作业，如较为空旷的地带或者室内布线过多，施工易引起意外事故的发生。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于多信息融合的人机技能传递系统。本专利技术的目的通过以下的技术方案实现:一种基于多信息融合的人机技能传递系统，包括与机器人连接的计算机、传感器安装支架，以及分别与计算机相连的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口、监测显示器，所述的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口分别安装在传感器安装支架上，所述的人体肌电信号采集仪通过测量电极与人体连接，所述的体感传感器设置在人体关节处。所述的基于多信息融合的人机技能传递系统，还包括固定在手柄上的力传感器。力传感器固定在手柄上，用户通过在空间不同方向上施加不同的力，通过的力的增量来估计人体关节的阻抗如刚度，阻尼增量，增加了阻抗估计的准确性和人机交互的安全性，避免因人-机器人阻抗信息不匹配造成的不安全事故。所述的基于多信息融合的人机技能传递系统，实现多种模式进行人机交互控制策略:肌电控制策略、肌电-体感控制策略、体感控制策略、肌电-体感-视觉反馈控制策略、体感-视觉反馈控制策略、肌电-视觉反馈控制策略。所述的肌电控制策略具体为:通过肌电信号采集仪采集人体肌电信号，经过处理提取其中的幅值增量作为人体关节阻抗的增量，从而获得人体活动阻抗规划并通过机器人的阻抗控制模块实现人的行为特性向机器人的传递，使机器人具有人的阻抗规划特性。所述的肌电控制策略包含以下顺序的步骤:S1.用户采集本身表面肌电信号，同时记录对应肌电信号所施加的力采用20-500HZ带通滤波器对信号和50Hz陷波滤波器对信号进行预处理；S2.采用AF-FM算法对信号进行特征提取，提取周期为0.ls，获得信号幅值包络曲线；S3.计算力的增量和对应的表面肌电信号幅值增量，利用肌电信号和力信号的近似线性关系完成信号的系数估计和阻抗估计；S4.通过机器人的阻抗控制模块，采用TCP或UDP的数据传递方式实现人的技能向机器人的传输。所述的肌电-体感控制策略为:在肌电控制策略基础上，引入体感传感器，通过体感传感器获得人体关节的位置，速度等信息，通过机器人的阻抗控制接口实现阻抗和位置的同时控制。所述的体感控制策略为:只通过体感传感器，获取人体关节运动学信息进行人机交互。所述的肌电-体感-视觉反馈控制策略为:在肌电-体感控制策略基础上引入视觉反馈，通过双目摄像头实时观测机器人行为是否和人的行为匹配，并进行实时调整。采用肌电-体感-视觉反馈控制策略达到安全，精确的人机交互控制目的。所述的体感-视觉反馈控制策略为:在体感控制策略基础上引入视觉反馈，使人的行为和机器人行为高度一致。所述的肌电-视觉反馈控制策略为:在肌电控制策略基础上引入视觉反馈，便于用户根据机器人所述环境的变化及时调整自身行为，矫正机器人的行为。肌电-视觉反馈控制策略使机器人稳定、可靠运行。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:1、本专利技术提供一种基于多信息融合人机技能传递系统，系统传感器定位精度高，稳定可靠，系统模块化程度高、体积小，操作方便，制造成本低，可以克服传统支架安装精度低、接口不匹配、传感器安装受空间局限、投入成本高等问题且控制系统简单，控制模式多样。2、本专利技术的系统，服务机器人人机交互信息充分、控制策略多样，且多传感器安装方便、投入成本显著降低。【附图说明】图1为本专利技术所述的一种基于多信息融合的人机技能传递系统的结构示意图；图2为图1所述的系统基于表面肌电信号阻抗增量估计原理图；图3为图1所述的系统肌电-体感传感器-双目视觉控制策略总图；图4为图1所述的系统表面肌电信号处理流程图；图5为图1所述的系统的传感器支架结构示意图；图6为图1所述的系统的双目摄像头视角微调旋转关节的结构示意图；图7为图1所述的系统的体感传感器视角微调旋转平台的结构示意图。【具体实施方式】下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。一种基于多信息融合人机技能传递系统，由体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口、监测显示器、传感器支撑支架组成。系统传感器固定于三坐标可调的平台支架上，用户通过肌电信号采集仪采集自身的肌电信号，提取其中的阻抗信息，通过体感传感器提取自身的运动信息，经过人机技能传递调整接口对上述信息进行评估，然后通过机器人运动控制界面传输给机器人，完成人的技能向机器人传递，双目视觉传感器作为反馈环节，实时使用户掌控机器人运行状态，确保服务的准确性和安全性。整个系统架构如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多信息融合的人机技能传递系统，其特征在于：包括与机器人连接的计算机、传感器安装支架，以及分别与计算机相连的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口、监测显示器，所述的体感传感器、双目视觉摄像头、人体肌电信号采集仪、人机技能传递调整接口分别安装在传感器安装支架上，所述的人体肌电信号采集仪通过测量电极与人体连接，所述的体感传感器设置在人体关节处。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨辰光，梁培栋，李智军，李瑞峰，赵立军，张科，
申请(专利权)人：华南理工大学，南京纪希自动化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44