[发明专利]人机协作机器人抓取系统及其工作方法

说明书

本发明公开了一种人机协作机器人抓取系统及其工作方法，所述人机协作机器人抓取系统包括佩戴式惯性传感器模块、相机定距模块、高斯模型EM算法训练模块、高斯模型处理模块以及适应性机器人关节坐标提取模块。本发明提供的人机协作机器人抓取系统在人机协作的应用场景中，无须进行机器人视觉系统的标定以及运动学求逆，降低了操作人员的专业技能要求。另外，本发明提供的人机协作机器人抓取系统无须大量的样本即可实现映射，使得机器人轨迹平滑柔顺。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种人机协作机器人抓取系统及其工作方法。

背景技术

在工业生产和日常生活中，机器人越来越多的代替人类执行各种操作任务，例如焊接、切割、冲压、喷漆、材料处理、精密材料加工，机器人在上述任务中具有显着的优势。在机器人抓取作业时，目标物体的位姿经常发生变化，机器人需要根据物体的位姿信息调整自身的运动实现抓取的适应性。

在某些机器人应用的新兴行业中，例如手机、平板、可穿戴设备等主流产品的更新换代速度非常快，短的只有几个月。传统的机器人方案大量时间资源要被投入到生产线上，这不符合现在的生产模式，这些新兴行业中的特点是产品种类很多、体积普遍不大。人类负责对柔性、触觉、灵活性要求比较高的工序，机器人则利用其快速、准确的特点负责重复性的工作。

目前更多的研究都放在与视觉的结合上进行抓取，但是为了得到相机中的观测变量到机器人的关节坐标，需要对视觉系统进行标定，传统的视觉标定方法对操作者的专业性要求较高，而且需要浪费大量的时间才能完成。

发明内容

为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种人机协作机器人抓取系统，包括数据获取部分、数据处理部分、工业机器人部分，所述数据获取部分包括佩戴式惯性传感器模块、相机定距模块，所述数据处理部分包括高斯模型EM算法训练模块、高斯模型处理模块，所述工业机器人部分包括适应性机器人关节坐标提取模块；

所述佩戴式惯性传感器模块设置在操作者的手上，用于提取所述操作者抓取物体的姿态变量；

所述相机定距模块提取物体边缘点坐标，获取坐标的平均值作为目标物体中心点的坐标(x，y)；

所述高斯模型EM算法训练模块使用示教数据估算高斯模型的参数，形成物体观测变量与机器人关节变量之间的映射关系；

所述高斯模型处理模块对所述机器人关节变量与所述物体观测变量进行关联，通过预先训练得到的映射关系，根据新的物体观测变量预测对应的机器人关节变量；

所述适应性机器人关节坐标提取模块提取所述高斯模型处理模块获得的机器人关节变量。

可选的，所述佩戴式惯性传感器模块包括传感器节点和汇聚控制节点，所述传感器节点设置在掌心处，所述汇聚控制节点设置在手背处；

所述传感器节点用于采集操作者手掌在抓取物体过程中的姿态信息；

所述汇聚控制节点用于收集所述传感器节点的数据，通过无线传输方式将收集的数据发送给数据处理部分。

可选的，所述传感器节点为三轴陀螺仪，用于获取手掌的三轴旋转角速度(g_x，g_y，g_z)；

所述三轴陀螺仪还用于根据三轴旋转角速度和采样时间进行积分运算，获得传感器节点的姿态信息，通过欧拉角的形式对所述姿态信息进行表示。

可选的，所述工业机器人部分还包括机器人本体和底层控制器，

所述适应性机器人关节坐标提取模块将机器人关节变量发送给所述机器人本体和底层控制器，所述底层控制器控制所述机器人本体完成物体的抓取动作。