一种机械臂示教方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种机械臂示教方法、装置及系统。该机械臂示教方法，包括：获取工作端的示教动作数据，示教动作数据为设置在工作端上的惯性测量单元IMU采集的工作端在示教动作过程中的数据；根据示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；根据运动轨迹数据和空间姿态数据生成运动指令，并将运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。本发明专利技术将运动轨迹数据和空间姿态数据显示在三维环境中，通过可视化、简单编辑生成所期望的机械臂动作轨迹，将此轨迹转换为机械臂运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成包含示教动作相应工作步骤。与现有技术相比，具有提高示教精确度和效率的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人控制、惯性导航、图像定位
，具体涉及一种机械臂示教方法、装置及系统。
技术介绍
为了使机械臂产生特定轨迹的运动，通常采用一种操作设备或类似装置，由示教人员对该操作设备或类似设备进行手动操作，使机械臂按照希望的动作运动，与此同时，将机械臂的位置行程、机械手停止位置角度及高度等信息记录于控制器中，然后基于所记录的数据生成机械臂的动作程序。在利用操作设备或类似装置对机械臂进行示教时，传统的示教方法需要将动作分解为多个静态动作，然后根据各静态动作的位置、高度和角度信息来确定机械臂的动作信息，不但工作量大，而且由于分解动作精度的限制，并不能充分反映示教人员手臂末端自由运动的信息，示教相对稍复杂动作，示教完成较困难，使机械臂示教受到一些示教动作或者其它外部条件的限制，例如，在示教机械臂使用打磨机打磨工件的动作时，由于在打磨过程中需要不断调整打磨片的角度，如果利用传统的示教方法，很难将这些动作精确分解并确定动作的各种信息，无法精确完成示教。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供了一种机械臂示教方法、装置及系统，具有提高示教精确度和效率的优点。本专利技术提出了一种机械臂示教方法，包括：获取工作端的示教动作数据，所述示教动作数据为惯性测量单元IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据；根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令；将所述运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。优选地，所述根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据，具体包括：根据所述示教动作数据获取所述IMU的第一运动信息；根据所述第一运动信息判断所述IMU的动作状态，若所述IMU处于静止状态，则对所述第一运动信息进行零速修正处理；若所述IMU处于运动状态，则对所述第一运动信息进行惯性导航解算，获取所述IMU的第二运动信息；根据所述第二运动信息获取所述IMU的位置信息序列，并根据所述位置信息序列生成所述IMU的运动轨迹数据和空间姿态数据。优选地，所述根据所述第一运动信息判断所述IMU的动作状态的步骤具体包括：采用阈值自适应零速识别方法，判断所述IMU的动作状态；通过公式一和公式二获取所述阈值自适应零速识别方法中不同时刻的阈值；varN＝var(fN-M,…,fN)公式一GN＝max(varN-5,varN-4…varN)+α公式二其中，varN为第N时刻的方差值，fN-M,…,fN为第N-M时刻至第N时刻的加速度值，α为阈值偏移量，GN为第N次静止时的阈值。优选地，所述对所述第一运动位置信息进行零速修正处理的步骤具体包括：通过公式三，对所述第一运动位置信息进行零速修正处理：其中，为俯仰角，为横滚角，和为预设时间内加速度的均值，b为三维坐标系，g为重力加速度。优选地，所述第一运动信息包括：姿态信息、速度信息和位置信息；相应地，所述对所述第一运动信息进行惯性导航解算的步骤具体包括：通过公式四和公式五，对所述第一位置信息进行惯性导航解算；其中，Δθ1、Δθ2、Δθ3为姿态更新周期三等分时间间隔的陀螺角增量输出；Δθm、ΔVm为速度更新周期速度增量和角度增量，m为时刻，A1和A2为姿态更新周期的系数，A1和A2为常数。优选地，在获取工作端的示教动作数据之前，该方法还包括：获取工作端运动范围内的预标定的基准点，并根据所述基准点建立三维坐标系；相应地，所述根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令的步骤具体包括：对所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据进行三维坐标系转换，获取三维坐标系参数以及对应的时间信息；根据所述三维坐标系参数和所述时间信息获取轨迹姿态信息；对所述轨迹姿态信息进行指令转换生成运动指令。优选地，在根据所述三维坐标系参数和所述时间信息获取轨迹姿态信息的步骤之前，该方法还包括：获取图像采集装置发送的图像数据，所述图像数据为所述图像采集装置采集的所述IMU在示教动作过程中的数据；根据所述图像数据对三维坐标系参数进行修正。本专利技术还提出了一种机械臂示教装置，包括：第一获取模块，用于获取工作端的示教动作数据，所述示教动作数据为惯性测量单元IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据；第二获取模块，用于根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；指令生成模块，用于根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令，并将所述运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。优选地，所述第二获取模块，具体用于根据所述示教动作数据获取所述IMU的第一运动信息；根据所述第一运动信息判断所述IMU的动作状态，若所述IMU处于静止状态，则对所述第一运动信息进行零速修正处理；若所述IMU处于运动状态，则对所述第一运动信息进行惯性导航解算，获取所述IMU的第二运动信息；根据所述第二运动信息获取所述IMU的位置信息序列，并根据所述位置信息序列生成所述IMU的运动轨迹数据和空间姿态数据。本专利技术还提出了一种机械臂示教系统，包括：图像采集装置、IMU和上述机械臂示教装置；所述机械臂示教装置分别与所述图像采集装置和所述IMU连接；所述机械臂示教装置，用于接收所述IMU发送的示教动作数据，所述示教动作数据为IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据所述工作端在示教动作过程中的数据；根据示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令，并将所述运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。由上述技术方案可知，本专利技术提出的机械臂示教方法基于IMU获取工作端的示教动作数据，并根据示教动作数据生成运动指令，与现有技术相比，提高了示教的精确度和效率。附图说明通过参考附图会更加清楚的理解本专利技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本专利技术进行任何限制，在附图中：图1示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教方法的流程示意图；图2示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教方法中获取工作端运动轨迹数据和空间姿态数据步骤的流程示意图；图3示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教方法中未经过零速修正的速度漂移曲线图；图4示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教方法在经过零速修正的速度漂移曲线图；图5示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教装置的结构示意图；图6示出了本专利技术一实施例提供的机械臂示教系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术一实施例提供的机械臂示教方法的流程示意图，参照图1，该机械臂示教方法，包括：110、获取工作端的示教动作数据，所述示教动作数据为惯性测量单元IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据；需要说明的是，IMU设置在工作端上，示教过程中，作业者手持工作端，执行预定动作，例如对一工件实施特定加工行为；在执行动作的过程中，IMU实时采集数据，并将数据传输至处理器；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂示教方法，其特征在于，包括：获取工作端的示教动作数据，所述示教动作数据为惯性测量单元IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据；根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令；将所述运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂示教方法，其特征在于，包括：获取工作端的示教动作数据，所述示教动作数据为惯性测量单元IMU采集的所述工作端在示教动作过程中的数据；根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据；根据所述运动轨迹数据和所述空间姿态数据生成运动指令；将所述运动指令发送至机械臂，以使机械臂完成与示教动作相对应的动作。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述示教动作数据获取工作端的运动轨迹数据和空间姿态数据，具体包括：根据所述示教动作数据获取所述IMU的第一运动信息；根据所述第一运动信息判断所述IMU的动作状态，若所述IMU处于静止状态，则对所述第一运动信息进行零速修正处理；若所述IMU处于运动状态，则对所述第一运动信息进行惯性导航解算，获取所述IMU的第二运动信息；根据所述第二运动信息获取所述IMU的位置信息序列，并根据所述位置信息序列生成所述IMU的运动轨迹数据和空间姿态数据。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一运动信息判断所述IMU的动作状态的步骤具体包括：采用阈值自适应零速识别方法，判断所述IMU的动作状态；通过公式一和公式二获取所述阈值自适应零速识别方法中不同时刻的阈值；varN＝var(fN-M,…,fN) 公式一GN＝max(varN-5,varN-4…varN)+α 公式二其中，varN为第N时刻的方差值，fN-M,…,fN为第N-M时刻至第N时刻的加速度值，α为阈值偏移量，GN为第N次静止时的阈值。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述第一运动位置信息进行零速修正处理的步骤具体包括：通过公式三，对所述第一运动位置信息进行零速修正处理：其中，为俯仰角，为横滚角，和为预设时间内加速度的均值，b为三维坐标系，g为重力加速度。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一运动信息包括：姿态信息、速度信息和位置信息；相应地，所述对所述第一运动信息进行惯性导航解算的步骤具体包括：通过公式四和公式五，对所述第一位置信息进行惯性导航解算；其中，Δθ1、Δθ2、Δθ3为姿态更新周期三等分时间间隔的陀螺角增量输出；Δθm、ΔVm为速度更新周期速度增量和角度增量，m为时刻，A1和A2为姿态更新周期的系数，A1和A2为常数。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取工作端...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，杨新，任为，
申请(专利权)人：清华大学，上海垚迪机械科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11