一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统和方法，所述示教系统包括示教数据获取部分、数据处理部分和工业机器人。所述示教系统通过获取人体手臂上各个传感器位置处的欧拉角，计算获得手臂末端的位置和各个关节的转动角度，对上述离散的运动数据进行编码表示和泛化输出之后，获得连续的手臂末端运动轨迹和相应关节的转动角度。本发明专利技术根据末端位置对机器人进行运动学逆解，从而获得多组逆解，根据相应关节的转动角度评估上述多组逆解，选取最接近手臂姿态的一组逆解作为机器人的关节角度。本发明专利技术提供的示教系统无需示教盒或拖动机械臂进行示教，仅仅需要按照正常的人工操作就可以完成对工业机器人的示教，从而提高了示教效率。

A teaching system and method of desktop industrial robot based on wearable device

The invention discloses a desktop industrial robot teaching system and method based on wearable devices. The teaching system includes teaching data acquisition part, data processing part and industrial robot. The teaching system through the acquisition of each sensor at the position of Euler angles on the human arm, calculate the rotation angle of arm position and gain of each joint, after encoding and generalization of the discrete output representation of motion data, obtain the rotation angle of arm trajectory and the corresponding continuous joint. According to the position of the end, the inverse kinematics of the robot is obtained, and the inverse solutions of the groups are evaluated according to the rotation angle of the joint, and a set of inverse solutions which are closest to the arm pose are selected as the joint angle of the robot. The teaching system provided by the invention does not need to be taught by the teaching box or the dragging mechanical arm, and the teaching of the industrial robot can be completed only according to the normal manual operation, so as to improve the teaching efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统和方法
本专利技术涉及自动化
，尤其涉及一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统和方法。
技术介绍
各种六自由度机械臂由于其运动的灵活性及其机构设计的合理性，在目前的自动化生产系统中得到广泛的应用。机器人的主要任务是代替人类进行一些重复性、环境差、危险性高的手工操作，其完成的前提是预先对机器人发出指示，规定机器人应该完成的动作和作业的具体内容，这个过程就是对机器人的示教。示教再现是机器人普遍采用的编程方式，这需要操作人员用示教盒来反复调整每个示教点处机器人的作业参数。整个示教过程结束后，机器人按照记录的数据反复作业。手把手示教也是示教再现系统的一种形式，操作员通过操纵安装在机器人末端的控制手柄对机器人进行作业轨迹演示，作业时机器人通过存储的数据，按照先前示教的轨迹运行。现有的示教再现系统对操作员的操作技能要求较高，示教过程繁琐、费时效率不高。为了提高示教速度，绝大多数的机械臂控制系统都提供了操作便捷的示教盒，但是这种方式仍然无法从根本上提升六自由度机械臂的示教效率。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于可穿戴设备的桌面工业本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，包括示教数据获取部分、数据处理部分和工业机器人，所述数据处理部分分别与所述示教数据获取部分和所述工业机器人连接；所述示教数据获取部分包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括数据控制节点、数据发送模块和6个传感器节点，6个传感器节点分别平均设置在左臂和右臂，每只手臂的3个传感器节点分别设置在上臂远肩关节端、前臂远肘关节端和手臂末端，所述数据控制节点设置在人体背部；所述传感器节点用于获取手臂关节在运动过程之中的运动信息；所述数据控制节点用于汇聚各个传感器节点的运动信息，而且根据预设的姿态估计算法对所述运动信息进行融合处理，以获得传感器对应位置的欧拉...

【技术特征摘要】
1.一种基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，包括示教数据获取部分、数据处理部分和工业机器人，所述数据处理部分分别与所述示教数据获取部分和所述工业机器人连接；所述示教数据获取部分包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括数据控制节点、数据发送模块和6个传感器节点，6个传感器节点分别平均设置在左臂和右臂，每只手臂的3个传感器节点分别设置在上臂远肩关节端、前臂远肘关节端和手臂末端，所述数据控制节点设置在人体背部；所述传感器节点用于获取手臂关节在运动过程之中的运动信息；所述数据控制节点用于汇聚各个传感器节点的运动信息，而且根据预设的姿态估计算法对所述运动信息进行融合处理，以获得传感器对应位置的欧拉角数据；所述数据发送模块用于通过无线传输方式将所述欧拉角数据传输给所述数据处理部分；所述数据处理部分包括数据接收模块、手臂运动信息计算模块、数据编码学习与泛化输出模块、机器人运动学逆解模块和最优解评估模块，所述手臂运动信息计算模块分别与所述数据接收模块和所述数据编码学习与泛化输出模块连接，所述数据编码学习与泛化输出模块分别与所述机器人运动学逆解模块和所述最优解评估模块连接，所述最优解评估模块与所述机器人运动学逆解模块连接；所述数据接收模块用于接收所述欧拉角数据，而且将所述欧拉角数据传输给所述手臂运动信息计算模块；所述手臂运动信息计算模块用于根据所述欧拉角计算出手臂末端位置、手臂末端姿态和手臂关节转动角度；所述数据编码学习与泛化输出模块用于对离散的手臂末端位置、手臂末端姿态和手臂关节转动角度进行编码表示和泛化输出，以获得连续的手臂末端位置、手臂末端姿态和手臂关节转动角度；所述机器人运动学逆解模块用于对连续的手臂末端位置和手臂末端姿态进行机器人运动学逆解，以获得对应的多组逆解；所述最优解评估模块用于根据最小的评估因子从所述多组逆解之中选择一组逆解作为机器人的关节转动角度，所述评估因子根据所述多组逆解和连续的手臂关节转动角度形成；所述工业机器人包括工业机器人本体和底层控制模块，所述工业机器人本体和所述底层控制模块连接；所述底层控制模块用于根据机器人的关节转动角度对所述工业机器人本体进行控制，以使得所述工业机器人再现示教者的手臂运动。2.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，还包括信息融合模块，所述信息融合模块分别与所述手臂运动信息计算模块和所述数据编码学习与泛化输出模块连接；所述信息融合模块用于将所述手臂末端位置、所述手臂末端姿态和所述手臂关节转动角度进行融合处理，以形成预设的向量数据集；所述数据编码学习与泛化输出模块用于对离散的向量数据集进行编码表示和泛化输出，以获得连续的手臂末端位置、手臂末端姿态和手臂关节转动角度。3.根据权利要求2所述的基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，所述向量数据集为向量D，D＝{x，y，z，αW，βW，γW，θ1，θ2，θ3，θ4，θ5，θ6}，其中x、y和z为手臂末端在世界坐标系中的位置，αW、βW和γW为手臂末端在世界坐标系中的姿态，θ1、θ2、θ3、θ4、θ5和θ6为手臂关节相应的转动角度。4.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，所述评估因子的计算公式如下：其中，λi(i＝1，2，…，6)为各个手臂关节对所述工业机器人的机械臂的位置与姿态的影响因子；Ni＝{θR1，θR2，θR3，θR4，θR5，θR6}(i＝1，2，3…)为同一手臂末端位置下的i组逆解；DP＝{θ’1，θ’2，θ’3，θ’4，θ’5，θ’6}为同一时刻的手臂关节转动角度。5.根据权利要求1所述的基于可穿戴设备的桌面工业机器人示教系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永，房增亮，陈友东，刘辉，谢先武，许曦，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11