一种人机协作搬运系统及其混合视触控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种人机协作搬运系统及其混合视触控制方法，通过获取协作机器人的机械臂与当前搬运物体之间的交互力信息，使用导纳控制生成当前搬运物体的期望位置；获取当前搬运物体的图像信息，利用视觉伺服控制生成当前搬运物体的期望姿态和高度；并基于径向基函数神经网络生成跟踪控制器，以控制协作机器人跟踪期望位置和期望姿态，令协作机器人协助操作者搬运物体。本发明专利技术能够令机器人在协作过程中具备决策与调整的能力，提高人机协作搬运的效率，降低操作者执行任务的专注度并节省操作者体力，提升工作效率。

A man-machine cooperative handling system and its hybrid visual touch control method

【技术实现步骤摘要】
一种人机协作搬运系统及其混合视触控制方法
本专利技术涉及自动控制
，特别是指一种人机协作搬运系统及其混合视触控制方法。
技术介绍
近些年来，智能机器人产业开始迅速发展，已经开始被广泛地应用于服务、娱乐、医疗等领域。越来越多的任务需要人与机器人协作完成，所以人机协作的相关问题得到了许多科研人员的高度重视，人机协作的相关问题如今已经成为了智能机器人控制领域的一个重要研究方向。人机协作控制相比于传统机器人控制的一大难点就是既要借助机器人的功能特点来提高人机协作的工作效率，同时还要保证人与机器人交互过程的柔顺性、安全性和智能性。因此对人机协作过程中智能控制方法的研究尤为重要。现有的人机协作控制方法中主要依靠于触觉信息(交互力/力矩)来实现人机协作任务，可以令机器人保持良好的柔顺性与安全性。然而这种单一的控制方法只能保证机器人可以跟随操作者的意图一起将物体协作移动到指定位置，在协作过程中机器人并不具备主动调整任务状态的能力，因此该种控制方法不够智能，并且现有的用于实现位置控制的控制器的控制效果还不够理想。这些问题都导致了机器人在人机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人机协作搬运系统，其特征在于，所述人机协作搬运系统包括协作机器人，所述协作机器人上设置有深度摄像头和六维力/力矩传感器；所述协作机器人、深度摄像头和六维力/力矩传感器分别与控制装置通信连接；/n其中，所述协作机器人用于利用机械臂与操作者协作搬运物体；所述六维力/力矩传感器用于获取所述机械臂与当前搬运物体之间的交互力信息；所述深度摄像头用于获取当前搬运物体的图像信息；/n所述控制装置用于根据所述交互力信息和图像信息，生成当前搬运物体的期望位置和期望姿态；并基于径向基函数神经网络生成跟踪控制器，以控制协作机器人跟踪所述期望位置和期望姿态，令协作机器人协助操作者搬运物体。/n

【技术特征摘要】
1.一种人机协作搬运系统，其特征在于，所述人机协作搬运系统包括协作机器人，所述协作机器人上设置有深度摄像头和六维力/力矩传感器；所述协作机器人、深度摄像头和六维力/力矩传感器分别与控制装置通信连接；
其中，所述协作机器人用于利用机械臂与操作者协作搬运物体；所述六维力/力矩传感器用于获取所述机械臂与当前搬运物体之间的交互力信息；所述深度摄像头用于获取当前搬运物体的图像信息；
所述控制装置用于根据所述交互力信息和图像信息，生成当前搬运物体的期望位置和期望姿态；并基于径向基函数神经网络生成跟踪控制器，以控制协作机器人跟踪所述期望位置和期望姿态，令协作机器人协助操作者搬运物体。


2.如权利要求1所述的人机协作搬运系统，其特征在于，所述深度摄像头设置在所述协作机器人的头部，所述六维力/力矩传感器设置在所述协作机器人的腕关节处；所述控制装置包括第一计算机和第二计算机；所述深度摄像头与所述第一计算机通信连接；所述协作机器人和所述六维力/力矩传感器分别与所述第二计算机通信连接；所述第一计算机和所述第二计算机通信连接。


3.如权利要求2所述的人机协作搬运系统，其特征在于，所述第一计算机用于根据所述交互力信息，基于预设导纳模型，使用导纳控制生成当前搬运物体在选定坐标系的X轴和Y轴方向的期望坐标；
所述第二计算机用于根据所述图像信息，获取当前搬运物体上预设参照点的位置信息，并根据所述预设参照点的位置信息，利用视觉伺服控制生成当前搬运物体的期望姿态和当前搬运物体在所述选定坐标系的Z轴方向的期望坐标，并结合当前搬运物体在选定坐标系的X轴和Y轴方向的期望坐标，得到当前搬运物体在选定坐标系中的期望位置；
所述第一计算机还用于基于径向基函数神经网络生成跟踪控制器，以控制协作机器人跟踪所述期望位置和期望姿态，令协作机器人协助操作者搬运物体。


4.如权利要求3所述的人机协作搬运系统，其特征在于，所述第一计算机中加载的导纳模型的表现形式如下：



其中，p、分别表示所述协作机器人当前的位置、速度和加速度；pd、分别表示想要得到的期望位置、速度和加速度；fe表示所述机械臂与当前搬运物体之间的交互力；I、D、K为所述导纳模型的预设参数，分别表示所述导纳模型的惯性参数、阻尼参数和刚度参数。


5.如权利要求3所述的人机协作搬运系统，其特征在于，所述第二计算机具体用于：
通过所述深度摄像头获取当前搬运物体的彩色图像信息和深度图像信息；
将所述彩色图像信息和深度图像信息进行像素点映射，保证每个彩色像素点对应到其在深度图像上的信息，得到相应像素点在图片坐标系下的坐标位置；
通过图片坐标系与选定坐标系之间的映射与转换，得到彩色图像上任意一个像素点在所述选定坐标系下的位置信息；
根据所述预设参照点在所述选定坐标系下的位置信息，生成当前搬运物体的期望姿态和当前搬运物体在所述选定坐标系的Z轴方向的期望坐标，如下：






其中，φyd表示相对于初始平衡位置应该调整的当前搬运物体绕所述选定坐标系的Y轴旋转的角度；zd表示相对于初始平衡位置应该调整的当前搬运物体在所述选定坐标系的Z轴方向的坐标；kpx、kdx、kpy、kdy为预设控制参数；xb、yb分别为所述预设参照点在所述选定坐标系的X轴和Y轴上的坐标；xc、yc分别为当前搬运物体的中心在所述选定...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺威，薛程谦，于欣波，闵高晨，马崟淞，刘志杰，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11