一种基于示教学习的人机协作工具递交系统及方法技术方案

本发明专利技术属于人工智能和机器人控制领域，具体地说涉及一种基于示教学习的人机协作工具递交系统及方法。人机协作工具递交系统包括机械臂、动作捕捉系统定位点、PC上位机。机械臂为具有运动控制功能的多轴机械臂，动作捕捉系统定位点贴在工具上和用户手上，使用动作捕捉系统获取定位点位置，从而获取工具和人手的位置，PC上位机与机械臂可进行实时通信。本发明专利技术搭建了人机协作工具递交系统，PC上位机基于示教过程中采集的机械臂末端位置数据，建立示教数据集，生成轨迹概率模型，并针对用户手腕位置变化生成新的轨迹概率模型，机械臂在PC上位机的控制指令下和人一起完成工具递交任务，达到动态轨迹规划的要求。

A delivery system and method of human-computer cooperation tools based on teaching and learning

【技术实现步骤摘要】
一种基于示教学习的人机协作工具递交系统及方法
本专利技术属于人工智能和机器人控制领域，具体地说涉及一种基于示教学习的人机协作工具递交系统及方法
技术介绍
加工制造技术是经济竞争的核心，随着加工方法的不断丰富，加工过程中所用到的工具也越来越多，不停地去工具库中拿取工具到加工地是一个费时费力的事情，极大地降低了工作效率。人和机器人协作可以提高生产效率，改善产品质量，是机器人领域的研究热点之一。同时人机协作在工具递交中也能发挥出巨大的优势，例如在工作环境中，可以通过预测人的行为，然后控制机械臂给人递交相应的工具，以此加快生产效率。而协作机器人的控制方法中“示教学习”相对于传统机器人编程，具有工作量少、对不同任务适应性好、对新手友好的优势。但是现有的示教学习方法“基于DMP的模仿学习方法”对时间具有依赖性，对时间扰动较为敏感，稳定性较差；“基于行为复制(BC)的方法”的模仿动作局限于示教动作范围内，适应性较差。因此，针对人机协作工具递交作业，为实现高的稳定性，必须要求生成的概率模型针对不同的运动起点和终点都要有好的收敛性，而且面对用户手位置的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于示教学习的人机协作工具递交系统，其特征在于：包括/n机械臂：具有运动控制功能的多轴机械臂，机械臂在PC上位机的指令下，抓取工具递交给用户；/n动作捕捉系统定位点：定位点贴在工具上和用户手上，用于获取其位置，/nPC上位机：与机械臂、动作捕捉系统可进行实时通信，PC上位机搭建的控制系统基于ROS(Robot Operating System)平台。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于示教学习的人机协作工具递交系统，其特征在于：包括
机械臂：具有运动控制功能的多轴机械臂，机械臂在PC上位机的指令下，抓取工具递交给用户；
动作捕捉系统定位点：定位点贴在工具上和用户手上，用于获取其位置，
PC上位机：与机械臂、动作捕捉系统可进行实时通信，PC上位机搭建的控制系统基于ROS(RobotOperatingSystem)平台。


2.根据权利要求1所述的一种基于示教学习的人机协作工具递交系统，其特征在于：PC上位机能针对用户手腕位置变化生成新的轨迹概率模型，控制机械臂和人一起完成工具递交任务，达到动态轨迹规划的要求。


3.一种基于示教学习的人机协作工具递交方法，该方法采用的设备包括机械臂、动捕定位点和PC上位机，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、用手握住机械臂末端执行器进行抓取物体和递交物体示教数据采集；
步骤2、针对示教数据进行模型训练，生成轨迹概率模型，PC上位机通过逆运动学将轨迹转化为机械臂的关节角度；
步骤3、动作捕捉系统获取工具和用户手的位置；
步骤4、机械臂运动到工具处抓取工具；
步骤5、PC上位机根据用户手的位置变化生成新的轨迹概率模型，控制机械臂将工具交到人手上，完成递交任务，达到动态轨迹规划的要求。


4.根据权利要求3所述的一种基于示教学习的人机协作工具递交方法，其特征在于，步骤2中示教过程包括：
步骤2.1、用手握住机械臂末端执行器，从起始位置拖动至工具摆放处完成一次抓取示教；
步骤2.2、改变工具的摆放位置重复5次①中的操作；
步骤2.3、从工具摆放处拖动机械臂到用户手上完成一次递交示教；
步骤2.4、改变人手的位置重复6次③...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖晓晖，谢啸，汤自林，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42